(57)【要約】マイクロ波アンテナのためのクラッディング（２）は第１の切断平面（ｘ＝０；ｙ＝０）では対数スパイラルの形をした断面を持つ少なくとも１つの板（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を備え、その板（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は第１の切断平面に垂直な少なくとも１つの第２の切断平面においても対数スパイラルの形をした断面をもつことを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の切断平面において、対数スパイラルの形をした断面をもつ少なくとも１つの板（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）を有するマイクロ波アンテナ（１）のためのクラッディング（２，２’）であって、
前記板（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）は、前記第１の切断平面に垂直な少なくとも１つの第２の切断平面においても対数スパイラルの形をした断面を有することを特徴とするクラッディング。
【請求項２】
前記２つの切断平面のスパイラルは、ｒ＝０において共通の渦をもち、
前記スパイラルの半径ｒはそれぞれ、ｒ（φ）＝ｒ1＊ｅaφと、ｒ（ψ）＝ｒ2＊ｅaψで与えられ、
前記φ, ψはそれぞれ、前記第１の切断平面と前記第２の切断平面とにおける角度であり、
ｒ1とｒ2とａとは定数であることを特徴とする請求項１に記載のクラッディング。
【請求項３】
ｒ1＝ｒ2であり、
前記板の形は、ｒ（φ, ψ）＝ｒ1＊ｅｘｐ｛ａ√（φ2＋ψ2）｝によって与えられることを特徴とする請求項２に記載のクラッディング。
【請求項４】
前記板の形は、ｒ（φ, ψ）＝ｒ0＊ｅaφ＊ｅaψによって与えられることを特徴とする請求項２に記載のクラッディング。
【請求項５】
ａは前記板の材料の誘電定数εRの平方根であることを特徴とする請求項３又は４に記載のクラッディング。
【請求項６】
スパイラル形状をした断面をもつ複数の連続的に接合した板（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）をさらに有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクラッディング。
【請求項７】
前記接合した板の対（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）のスパイラル部分は、共通の渦（ｒ＝０）をもつことを特徴とする請求項６に記載のクラッディング。
【請求項８】
前記対（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）の板は前記渦を通って伸長する第１の接合平面（ｘ＝０；ｘ＝ｙ）で接合されることを特徴とする請求項７に記載のクラッディング。
【請求項９】
対（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）の板は、前記第１の接合平面（ｘ＝０）に垂直な前記渦（ｒ＝０）を通って伸長する第２の接合平面（ｙ＝０）に沿ってさらに接合されることを特徴とする請求項８に記載のクラッディング。
【請求項１０】
前記第１の接合平面は前記第１の切断平面であることを特徴とする請求項８又は９に記載のクラッディング。
【請求項１１】
前記第１の接合平面（ｘ＝ｙ）は前記第１及び第２の切断平面（ｘ＝０，ｙ＝０）によって形成される角度を２等分することを特徴とする請求項８又は９に記載のクラッディング。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のクラッディング（２，２’）と前記クラッディング（２，２’）の前記板の少なくとも１つのスパイラルの共通な渦の場所に配置されるアンテナ（１）とを有することを特徴とするアンテナアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波アンテナのためのクラッディングと、そのようなクラッディングとマイクロ波アンテナとを備えたアセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波アンテナは、ポイント−ツウ−ポイント伝送用の非常に指向性の強いアンテナであっても、或は、ポイント−ツウ−マルチポイント伝送用のセクタアンテナであっても、ビルの上に設置する場合、雨、風、塵埃などから保護する目的で、クラッディングを施さなければならないことがしばしばである。そのようなクラッディングは、必ずアンテナの放射パターンに影響を及ぼす。この影響を小さくするための既知の技術は、このクラッディング板の厚さを、アンテナによって放射される放射の真空中の波長とその板材料の誘電定数εRに対して、そのクラッディング板の第１の側でそのクラッディング板に入射して、その第２の側で反射したビームが第１の側で直接反射したビームの１部分と破壊的に干渉するように調節することである。このタイプのクラッディングは例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
この技術は、クラッディングの厚さがビームの波長とクラッディング材料の誘電定数とに適合する場合だけしか適正動作しないという欠点を持つ。
【０００４】
本出願人が出願し、未公開のドイツ国特許出願第１０  ２００４  ０３５  ６１４号では、異なる別の方法がとられている。この文献は螺旋形の断面を持つクラッディング板を用いることを提案している。アンテナがスパイラルの渦の場所に位置するときは、アンテナからのビームは、アンテナから伝播する方向によらずに、等しい角度でそのスパイラルに入射する。アンテナ放射の偏波が切断平面内に在り、入射角度がブリュースター角であるときは、そのクラッディング板からの反射は無い。誘電定数εR、したがってブリュースター角は波長とともにほとんど変化しないので、このタイプのクラッディングは広い範囲のアンテナ波長で有用である。しかしながら、ブリュースター効果は、入射面で偏波した放射、すなわちｐ−偏波した放射に対してのみ存在するが、ｓ−偏波した放射に対しては反射は抑制できない。したがって、上記引用した出願のクラッディングを二重偏波のアンテナと一緒に用いるときは、反射は２つの偏波の片方だけに対して抑制される。
【特許文献１】ドイツ国特許出願公開第１０  ２００４  ００２  ３７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１の面で偏波したビームに対しては、第１の面にブリュースター角でクラッディングを配置することによって反射を抑えることが出来るのであれば、該第１のものと同じ方向に伝播するが、該第１の面とは垂直な第２の面に偏波したビームの反射は、そのクッラディング板を第２のビームの偏波の場所にも、両方の面をブリュースター角で交差する様に傾けることによって抑制されるであろうと考えるかもしれない。しかしながら、実際にこれを行うと、該２つのビームのどちらもが入射ビームと反射ビームで決められる伝播面内に実際に偏波するということは無い。むしろ、この伝播面ではどちらのビームも平行成分と垂直成分とをもつ。それ故に明らかに、相互に垂直な面に偏波した二重偏波アンテナからの２つのビームに対してブリュースター条件を同時に満たすことは出来ない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
しかしながら、驚くべきことに、互いに垂直に向いた２つの切断平面において対数スパイラルの形の断面をもつクラッディング板では、シミュレーションをすると、反射の程度を非常に低くできることが示された。
【０００７】
これら２つの切断平面の螺旋は動径ｒ＝０の点として定義された共通の渦を持ち、螺旋の動径ｒは、ｒ（φ）＝ｒ1＊ｅaφと、ｒ（ψ）＝ｒ4＊ｅaψで与えられるのが好適であろう。ここで、φとψはそれぞれ、第１の切断平面と第２の切断平面における角度であり、ｒ1、ｒ2とａは定数である。
【０００８】
第１の実施例によれば、ｒ1はｒ2に等しく、その板の形は、ｒ（φ，ψ）＝ｒ1＊ｅｘｐ｛ａ√（φ2＋ψ2）｝で与えられる。
【０００９】
このような形は、例えば、渦を通って伸長する軸の周りに螺旋を回転する事によって得られる。
【００１０】
この実施例によれば、軸を通って伸長する任意の切断平面では、その面内に偏波した放射に対してはブリュースター条件が正確に満たされるが、その切断平面の外側でクラッディングに達するような切断平面内に偏波した放射に対してはブリュースター条件は必ずしも満たされるわけではない。
【００１１】
第２の実施例によれば、もう少し良好な反射特性が見られたが、その板の形は、ｒ（φ，ψ）＝ｒ0＊ｅaφｘｅaψで与えられる。
【００１２】
定数ａはその板の材料の誘電定数εRの平方根であることが好ましい。
【００１３】
クラッディングを小さくするか、２つ以上のアンテナを備えたアセンブリに対してクラッディングを適合させるかの少なくともいずれかを成し遂げるために、クラッディングは上述したスパイラルの形をした断面を持つ板を複数、連続的に接合したものから形成されてもよい。
【００１４】
そのような板の対を同じアンテナに割り当てるときは、この対の螺旋断面は渦を共通に持つべきである。
【００１５】
そのような対の板は渦を通って伸びる第１の接合面で接合されるのが好適である。この場合、その板の片方は他の鏡像であってもよく、それによって、板の製造と、平滑で連続的な接合の形成が容易になる。
【００１６】
更に、前記板の対は第１の接合面に垂直な、共通の渦を通って伸長する第２の接合面に沿って接合される。そのようなクラッディングは、例えば、同一の形の４つの板から形成される。
【００１７】
第１の接合面は第１の切断平面であるか、または前記第１の切断平面と第２の切断平面によって形成される角度を２等分するものでもよい。
【００１８】
本発明の更なる特徴と利点については、添付図面を参照して、以下の実施例の記述から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１では、マイクロ波アンテナ、例えば、９０°セクタアンテナを１で示し、２はアンテナ１が放射するために通過するクラッディングである。アンテナ１は、ｘ、ｙ、ｚ軸を持つ直交座標系の原点ｘ＝ｙ＝ｚ＝０に位置する。ここで、ｚの正の方向がアンテナ１の主ビーム方向と一致するとしている。アンテナクラッディング２はｘ＝０の平面とｙ＝０の平面において、互いに連続的に接合した４つの板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄから形成されている。これら２つの平面において、クラッディング板３ａ〜３ｄは対数スパイラルの形の切断断面を持ち、その形は、例えば、ｒ（φ）＝ｒ1＊ｅｘｐ（ａ｜φ｜）、或いは、ｒ（ψ）＝ｒ1＊ｅｘｐ（ａ｜ψ｜）で記述される。ここで、φとψはそれぞれ、ｘ＝０の平面またはｙ＝０の平面で図った縁４ｄ、４ｂあるいは４ａ、４ｃの点の動径ベクトルと、ｚ軸との間に形成される角度である。ｒ1はφ＝ψ＝０（ｘ＝ｙ＝０）でのクラッディング２の頂点５と原点との間の距離である。ｒ（φ）またはｒ（ψ）は角度がφまたはψの点の原点からの距離である。
【００２０】
対数スパイラルの特性として、この上の任意の点で、その点の動径ベクトルとその点の接線とのなす角度は一定である。εRを板３ａ〜３ｄの材料の誘電定数であるとして、ａ＝√εRであるなら、アンテナ１からの放射は縁４ａ〜４ｄの任意の点で板材料のブリュースター角で入射する。
【００２１】
ｘ＝０の平面とｙ＝０の平面の外側では、クラッディング２の形は、ｘ軸を通って伸びる任意の切断平面において、その断面は対数スパイラルであるという要件によって決まる。図２は図１のベクトルｒとｘ軸とによって定義される面で切断したような断面を示す。この場合、螺旋の形は、ｒ（ψ）＝ｒ2＊ｅｘｐ（ａ｜ψ｜）で与えられる。ここで、ψはｘ＝０の平面におけるベクトルｒと図２の断面における螺旋上の点の動径とのなす角度である。
【００２２】
従って、クラッディングの面上の任意の点は２つの角度φ、ψで指定される。角度ψはその点の動径ベクトルＲとｘ＝０の平面とのなす角であり、φはＲのｘ＝０の平面への投影ｒとｚ軸とのなす角度である。このとき、このような点のそれぞれの座標系の原点からの距離は、ｒ（φ，ψ）＝ｒ0＊ｅaφ＊ｅaψで与えられる。
【００２３】
まったく等価なことであるが、φはベクトルＲとｙ＝０の平面への投影との間の角度として、ψはこの投影とｚ軸との間の角度として定義してもよい。
【００２４】
他の代替法としては、φをｚ軸とＲのｘ＝０の平面への投影とのなす角度とし、ψをｚ軸とＲのｙ＝０の平面への投影との間の角度として定義することである。φ、ψの小さな値に対しては、これら３つの異なる定義による板の形の差は無視できる程度である。φ、ψの大きな値では、放射の強度は主ビームの方向φ＝ψ＝０よりははるかに小さく、そこでの形の変化は図１のアンテナアセンブリの放射パターンに与える影響は小さい。
【００２５】
アンテナ１がｙ方向に伸びているダイポールであると仮定される場合には、それが発生する電界ベクトルはｘ＝０の平面の任意の点においてその面に置かれている。即ち、クラッディング板３ａと３ｄの間の縁４ｄに入射する放射はｐ−偏波であり、ブリュースター角で入射するので反射はない。これに対して、アンテナがｘ方向に向いたダイポールであると仮定される場合は、電界はｘ＝０の平面上の任意の点およびその周りではｘ方向に偏波していて、縁４ｄよりも少し上か下でクラッディング板３ａ、３ｄに入射した放射は図２の切断平面内で実際的に完全にｐ−偏波していて、またその点でのブリュースター角で入射しているので、反射はこの偏波に対しても効率よく抑制される。それ故に、図１のクラッディングはアンテナ１の偏波方向によらずに優れた反射特性をもつことになる。
【００２６】
図３は本発明のアンテナアセンブリの第２の実施例を示す。ｘ＞０、ｙ＜０である領域とｘ＜０、ｙ＞０である領域では、図３のクラッディング２’の形はそれぞれ図１の板３ｂと板３ｄと同一である。クラッディング２’とｘ＝０の平面あるいはｙ＝０の平面との交差線の形は、図１に示したものと同じであり、それ故、交差曲線は図３でも４ａ〜４ｄと記すことにする。しかしながら、クラッディング２とは対照的に、クラッディング２’は交差曲線４ａ〜４ｄの近傍で連続的、即ち、とがった縁が無い。ｘ＞０、ｙ＞０である領域とｘ＜０、ｙ＜０である領域でのクラッディング２’の形は、ｘ軸を通って伸びている切断平面のそれぞれにおいて、図４の断面に示すように、１つの連続的な螺旋がｘ＝ｙの平面から伸びるという要件によって決められる。
【００２７】
クラッディング２’はｘ＝ｙの平面に沿って接合された２つのシェルから形成されるのが便利である。
【００２８】
図１の実施例と同様に、ｘ＝０の平面においては、その面で偏波した電界は、それとは垂直に偏波した電界と同様に、クラッディング２’にてブリュースター角を「見る」ことになる。
【００２９】
不図示の第３の実施例に従うクラッディングは、ｘ＞０、ｙ＞０である領域とｘ＜０、ｙ＜０である領域で図３に示した形を持ち、ｘ＞０、ｙ＜０である領域およびｘ＜０、ｙ＞０である領域では、それぞれｘ＝０の平面或いはｙ＝０の平面で反射した、これらの形の鏡像をもつ。再び、反射の条件は図１と３の実施例のものと同様である。
【００３０】
図５に示す第４の実施例によれば、クラッディング２”の形は螺旋をｚ軸の周りで回転させることによって得られる。このようなクラッディングの形があると、アンテナ１からクラッディング２”上に入射するいかなるビームも入射点でクラッディング２”の表面法線とブリュースター角を形成する。しかしながら、このクラッディングの反射特性は図１の実施例のそれに比べて劣ることが判った。
【００３１】
多くの応用では、複数のアンテナを同じ場所に積み重ねて配置しなければならない。図６はこのような積み重ねたアンテナアセンブリに対するクラッディングを示すが、これは図１に示したタイプの２つのクラッディング２から形成されていて、それらは縁６で接合され、共通のフレーム７に搭載されている。
【００３２】
本発明のアンテナクラッディングの効果性は図７〜図１０の放射特性によって示される。図７はクラッディングされていない従来の９０°セクタアンテナの方位角特性である。放射振幅の所望の上限と下限は線ｕｌとｌｌで示されている。
【００３３】
図８はドイツ国特許出願第１０  ２００４  ０３５  ６１４号に従うクラッディングとのアセンブリになった同じセクタアンテナの放射特性を、クラッディングの方位と適合するようなアンテナの第１の偏波と、該第１の偏波に垂直な第２のアンテナ偏波とに対して示している。図８において実線ｐで示される、アンテナの第１の偏波に対しては、振幅は限界ｕｌとｌｌの十分内側にある。点線ｓで表される第２の偏波の場合には、特性は甚だしく劣化している。
【００３４】
図９と図１０は図７と図８に示したのと同じセクタアンテナと図１に示したタイプのクラッディングとを備えたアンテナアセンブリの放射特性を、垂直と水平、すなわち図１の座標系のそれぞれ、ｘ軸とｙ軸に沿った偏波に対して示している。両方の偏波ともに、特性曲線ｖ，ｈは十分に限界ｕｌとｌｌの内側にあることがわかる。
【００３５】
勿論、本発明のクラッディングは他のタイプのアンテナにも適用可能である。例えば、図１１と図１２は２つの放射特性を示し、それぞれは、実線によって示されるものはパラボラアンテナだけのものに対応し、点線で表されているものは図１のクラッディングと組み合わせた同じパラボラアンテナに対応する。図１１では偏波は垂直であり、図１２では水平である。クラッディングが特性に与える影響は非常に小さく、２つの図のどちらも２つの曲線をはっきりと互いに区別することは出来ない。
【００３６】
厚さを放射波長に適合させた従来のアンテナクラッディングは、その表面上の雨滴に非常に敏感である。雨滴はクラッディングの実効厚さを増加させるので、相当の反射を引き起こすことになる。本発明のクラッディングの顕著な特徴は、そこに利用されているブリュースター効果がクラッディングの厚さには依存しないという点にある。それ故に、雨滴が、本発明に従うアンテナアセンブリの放射特性に顕著な影響を与えることはほとんどない。このことは、図１３と図１４に示されている。これらの図のそれぞれは、図１のクラッディングと組み合わせた、図７〜図１０に示したのと同じ９０°セクタアンテナの２つの放射特性を示していて、実線で示したものは乾いたクラッディングに対するものであり、点線で示したものは濡れたクラッディングに対するものである。図１３では偏波は垂直であり、図１４では水平である。どちらの場合も、水滴の影響は大変小さく、２つの曲線がはっきりと区別できないほどである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施例に従うアンテナアセンブリの概観斜視図である。
【図２】図１のクラッディングの断面図である。
【図３】第２の実施例に従うアンテナアセンブリの斜視図である
【図４】図３のアンテナクラッディングの断面図である。
【図５】第３の実施例に従うアンテナアセンブリの概観斜視図である。
【図６】スタックアンテナに対するクラッディングを示す斜視図である。
【図７】クラッディングのないアンテナの放射パターンである。
【図８】図７のアンテナとドイツ国特許出願第１０  ２００４  ０３５  ６１４号によるクラッディングとを備えたアンテナアセンブリの放射特性を示す図である。
【図９】垂直偏波の場合における、図７のアンテナと本発明に従うクラッディングとを備えたアンテナアセンブリの放射特性を示す図である。
【図１０】アンテナの水平偏波の場合における、図９に示したのと同じアセンブリの放射特性を示す図である。
【図１１】垂直偏波したパラボラアンテナ単独の場合と、そのアンテナと図１のクラッディングとを組み合わせた場合の放射特性を示す図である。
【図１２】図１１と同様に、水平偏波したパラボラアンテナの放射特性を示す図である。
【図１３】乾燥したクラッディングと濡れたクラッディングに対して、図９に示したのと同じアセンブリの放射特性を示す図である。
【図１４】乾燥したクラッディングと濡れたクラッディングに対して、図１０に示したのと同じアセンブリの放射特性を示す図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2009512294.tif 000015
【図１４】
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【国際調査報告】
2009512294.tif 000017
2009512294.tif 000018
2009512294.tif 000019