(57)【要約】  マイクロウェーブアンテナ1、1h、1v用のクラディング3、3'、3"であって、少なくとも１つのクラディングプレート４を備える。クラディングプレート４は、第１切断面での断面形状が対数螺旋の１部を含む、少なくとも１つの部分を有する。螺旋の半径と法線とが為す断面角度αは、tanα=√εRを満たす。ここで、εRは、クラディングプレート４の素材の誘電率である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのクラディングプレート（４、４’、７’、４”、７”）を備える、マイクロウェーブアンテナ（１、１ｈ、１ｖ）用のクラディング（３、３’、３”）であって、
クラディングプレート（４、４’、７’、４”、７”）は、第１切断面において、複数の領域を有し、その１つの領域の表面の法線と角度αを為して伸びたベクトルは、他の領域において同様に伸びたベクトル（６）と、一点（０）において交差し、
角度αは、tanα=√εRを満たすことを特徴とするクラディング。
ここで、εRは、クラディングプレート（４、４’、７’、４”、７”、１３）の材料の誘電率である。
【請求項２】
前記複数の領域は、前記第１切断面において対数螺旋の１部を描く断面を備えた連続表面部分を形成することを特徴とする請求項１に記載のクラディング。
【請求項３】
前記第１切断面上の１つの始点から伸びた複数の対数螺旋を断面として有する複数の表面部分（４、４’、７’、４”、７”）を含むことを特徴とするクラディング。
【請求項４】
２つの対数螺旋状表面部分は、前記螺旋の始点に対して半径方向に伸びた表面部分に接続されることを特徴とする請求項３に記載のクラディング。
【請求項５】
互いに接触する２つの対数螺旋状表面部分（４、４’、７’、４”、７”）は、同じ値で逆の符号の断面角αを有することを特徴とする請求項３に記載のクラディング。
【請求項６】
前記第１切断面において、星型、あるいは星のかけら型の断面を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のクラディング。
【請求項７】
各表面部分（４、４’、７’、４”、７”）は、前記第１切断面に対して垂直を為す第２切断面に、横断面を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のクラディング。
【請求項８】
各表面部分は、前記第１切断面と垂直を為す第２切断面に、円弧状の断面を有し、前記円弧状の断面の中心と、前記対数螺旋の始点とが、同一直線上に位置することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のクラディング。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のクラディング（３、３’、３”）と、マイクロウェイブアンテナ（１、１Ａ、１Ｂ）とを含むアンテナアセンブリであって、
マイクロウェイブアンテナ（１）は、全てのベクトルの共通の交点（０）に配置されることを特徴とするアンテナアセンブリ。
【請求項１０】
アンテナ（１）の指向性の対称面（５）に対して対称となる位置に前記表面部分が配置されることを特徴とする請求項９に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１１】
前記根に近接した２つの螺旋部分（７’、７”）の端点（８’、８”）は、アンテナの指向性の対称面（５）上において互いに接触しあうことを特徴とする請求項９または１０に記載のアンテナアセンブリ。
【請求項１２】
前記マイクロウェイブアンテナ（１）は、前記第１切断面に偏向面を有することを特徴とする請求項９、１０又は１１に記載の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、マイクロウェーブアンテナを覆う(clad)クラディングプレート(cladding plate)に関し、そのようなクラディングプレート及びマイクロウェーブアンテナを含むアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のアンテナとしては、２点間送信用の高指向性アンテナ又は１点から複数点への送信用の扇形アンテナが挙げられるが、これらは、建物の外観を損なわないように、しばしば、建物の上でクラディングプレートによって覆わなければならなくなる。そういったクラディングプレートが、アンテナの指向性図に影響を与えることは避けられない。この影響を小さくとどめるために、たとえば特許文献１に記載された技術が知られている。この技術は、クラディングプレートの厚みｄを、アンテナから放射される放射線の真空波長λ0と、プレートの素材の誘電率εRに応じた値にするものである。具体的には以下の式の関係が成り立つ。
【数１】
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【０００３】
プレート表面に垂直な方向のビームであって、プレートの出射面で反射するビームは、プレートの入射面にｍ波長分だけ遅延して到達する。これにより、その境界での位相シフトπによって、入射ビームとは逆位相での干渉が起こり、そのため、クラディングプレートでの反射が抑制される。
【特許文献１】ドイツ特許公報 19902511A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
クラディングプレートに垂直に入射しない波は、より長いパスを経て伝搬しなければならない。そのため、反射がないという条件は、もはや満たされず、クラディングプレートを通過した伝送は、かなり減衰されうる。
【０００５】
早期公開されていない本出願人によるドイツ国特許出願10 2004 002 374.3において、マイクロウェーブアンテナのクラディングプレートは、局所的に異なる厚みを有し、そのため、点と仮定されたアンテナから放射される放射線であって、アンテナに対向するクラディングプレートの表面状で反射される放射線は、アンテナに対向するその表面を通過した放射線と、破壊的に干渉し、クラディングプレートの逆側の表面において反射される。
【０００６】
アンテナが、クラディングプレートを設計する際に対象としていた所望の波長で、正確に動作した場合には、そのようなプレートによるアンテナの指向性の変化は確かに最小になる。
【０００７】
しかし、その所望の波長とは異なる波長でアンテナが動作する場合には、クラディングプレートでの反射が起こる。この場合、その反射が強くなればなるほど、クラディングプレートの厚みに対応する半波長の数が大きくなる。従って、ドイツ国特許出願10 2004 002 374.3に係るクラディングプレートは、各アンテナ波長に応じた特定の厚みで製造されなければならない。クラディングプレートの全表面で単一の反射特性を達成するためには、その厚みは、厳格に一定でなければならない。従って、設計及び製造の負担は過大なものとなる。
【０００８】
これにより、本発明の目的は、アンテナの形状を変更しなくても、広い周波数帯内で使用できる、マイクロウェーブアンテナ用のクラディングを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、少なくとも１つのクラディングプレートを備える、マイクロウェーブアンテナ用のクラディングであって、クラディングプレートが、第１切断面において、複数の領域を有し、その１つの領域から表面法線と角度αを為して伸びたベクトルは、他の領域において同様に伸びたベクトル６と、一点０において交差し、角度αは、tanα=√εRを満たすことを特徴とするクラディングによって達成される。ここで、εRは、クラディングプレートの素材の誘電率である。
【００１０】
ここで定義された角度αは、クラディングプレートの所謂ブリュースター角（Brewster angle）である。
【００１１】
ブリュースター角αで表面に入射した放射線であって、入射面において偏向した放射線は、反射することなく、前記表面によって伝達される。
【００１２】
この効果は、誘電率εRに応じた波長により、その放射線の波長に依存する。即ち、ブリュースター角の変化は、広域波長領域内では、非常に小さい。これにより、広い波長領域において、プレート表面の反射の自由度が得られる。
【００１３】
好ましくは、これらの領域の幾つかが、第１切断面において、対数螺旋の一部を形成する断面を備える連続した表面部分を形成する。
【００１４】
これにより、点形状の、又は、ほぼ点に近似できるアンテナであって、螺旋の始点に位置するアンテナからの放射線ビームは、その始点からどのような角度で放射されても、常に、前記表面部分に対してブリュースター角を為して入射する。クラディングに必要なスペースを減らすため、クラディングが、第１切断面において、同じ始点から延びる対数螺旋の一部を形成する前記断面を有する複数の部分から構成されることは好適である。
【００１５】
そのような２つの対数螺旋部分が、その螺旋の始点に関して放射状に延びた部分によって接続されてもよい。或いは、逆方向に回転する螺旋状の部分、すなわち、その部分と半径ベクトルとの間の角度が、隣接した部分同士の角度とは異なる軌跡を有してもよい。
【００１６】
第１実施形態によれば、各部分は、第１切断面と垂直をなす第２切断面において、直線を描く断面を有してもよい。これにより、第１切断面において排他的に偏向されたアンテナ用のクラディングを容易に実現可能である。
【００１７】
特に、広域拡散ビームを第２切断面において有するアンテナを用いる場合、クラディングの各部分が、第２切断面において円弧状の断面を有しており、その円弧の中心が、対数螺旋の始点と同一直線上に位置していれば、更なる進化形の反射特性が得られる。
【００１８】
本発明の他の目的は、少なくとも１つのアンテナと、上記クラディングとを含むアンテナアセンブリを提供することにある。
【００１９】
最も単純なケースでは、１つのアンテナが、全てのベクトルの共通の始点に配置されるか、或いは、全ての螺旋部分の共通の始点に配置されることが望ましい。螺旋部分は、アンテナの出力面（対称面）に関して、対称に配置されることが望ましい。
【００２０】
アンテナアセンブリを設置する際の、アンテナの主出力方向の奥行きを小さくするためには、始点に近接する２つの螺旋部分の端点が、アンテナの出力方向の対称面において互いに接すればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の第１の基本実施形態に係るアンテナアセンブリの断面図を示す。符号１は、図１の断面に平行な偏向面を有する４５度扇形アンテナを示す。アンテナ１の構成は、本発明とは無関係であるため、ここではこれ以上述べる必要はない。アンテナの近傍領域は、点線２で示されている。近傍領域２は、アンテナに近接する周辺領域を示し、この領域では、アンテナ１によって放射された電磁界は、原点０に位置する点源からの電界とは近似できない。逆に、近傍領域２の外部では、アンテナ１の性質を述べるにあたり、アンテナ１が点形状であると仮定できることを示している。
【００２２】
アンテナ１は、誘電体を材料とする湾曲したプレート又はフィルムで形成されたクラディング３によって覆われる。図１においては、アンテナが指向する方向の対称面５に関して鏡面対称となるように、互いに対向し、かつ、始点を０とし、逆の回転方向を有する対数螺旋形状の断面を有する、２つのプレート４が存在する。アンテナ１から離れたプレート４の端部は、対称面５上において互いに接している。
【００２３】
プレート４の断面が対数螺旋形状であることにより、アンテナからの放射線ビーム６は、常に、プレート４の１つに対して、それぞれ同じ角度＋α及び−αで衝突する。角度αは、ブリュースター条件、tanα=√εRを満たす。ここで、εRは、プレートの素材の誘電率である。
【００２４】
角度αは、プレート４の材料のブリュースター角であるため、図で示される断面に偏向したビーム６は、プレート４で反射せずに、プレート４を通過する。
【００２５】
なお、今後は、アンテナ１から放射される電磁場のみを示す。しかし、本発明は、同じ方法で、受信アンテナについても適用可能である。外部からクラディング３に入射する全ての電磁波がブリュースター条件を満たすとは仮定できないが、実際に原点０のアンテナ１に到達する電磁波については、必ずブリュースター条件を満たすことになる。
【００２６】
図１のクラディングは、設置するために、アンテナ１の対称面５に沿った主放射方向にかなりの奥行きを必要とする。この奥行きは、クラディング３のスケールを減らすことによって単純に小さくすることはできない。なぜなら、プレート４が、近傍領域２内で延びると、アンテナは、点源と近似できなくなり、部分的に反射が起こるからである。これに対し、図２に示す実施形態では、主放射方向における、アンテナアセンブリの設置深さ（奥行き）を、かなり減らすことができる。
【００２７】
設置深さの削減量を示すため、図２に示す近傍領域２は、図１と同じスケールで描かれており、図１のクラディングプレート４の輪郭を、図２において点線で描いている。
【００２８】
図２のクラディング３’は、螺旋形状の断面を有する４つのプレート４’、７’から形成される。２つの外側プレート４’は、図１のプレート４と同一面にあるが、幅がかなり小さい。他の２つの螺旋形状プレート７’は、近傍領域２の丁度外側にある、対称面５上の共通の頂点８’から、外側プレート４’との交点９’まで、逆回転方向に延びている。対称面５におけるアンテナアセンブリの寸法は、図１のアセンブリに対してほぼ３分の１意に減っている。
【００２９】
更に小型化したクラディングの形態が図３に示されている。これも、前のものと同じスケールで描かれている。ここで、クラディング３”は、６つのプレート４”、７”で形成されている。これらのプレートは、交互の回転方向を有し、端部で互いに接する対数螺旋形状である。図３において、全４つのプレート７”の寸法は、簡略化のために同一にしている。始点に近接する２つの頂点８”が、近傍領域２の境界線上に位置するように、かつ、中央面５に垂直な単一の線上に３つの頂点９”が配置されるように、プレート４”、７”の寸法が選択された場合、主放射方向の設置深さを、より一層減らすことができる。
【００３０】
図４において、アンテナアセンブリの第２実施形態が示されている。これは、図２の実施形態に対し、外側プレート４’をなくし、２つの内側プレート７’を、点線１０で示されるアンテナ１の放射円錐の境界線まで延長することによって導かれる。図４のクラディングは、直線１０上にまっすぐ延びた不図示のプレートによってその側面を閉じられてもよいし、あるいは、アンテナ１が実質的に電波を放射しない位置、つまり、その側壁の軌跡は、アセンブリ全体の指向性に影響を与えない位置において、その側面を閉じられてもよい。
【００３１】
図５乃至８は、それぞれ、４５度の扇形アンテナと、従来のクラディング、及び、本発明の異なる実施形態に係るクラディングと、を有するアンテナアセンブリの指向性について示す図である。
【００３２】
図５は、アンテナの主ビーム方向に対して垂直をなす平面クラディングプレートの形状での従来型のクラディングを有するアンテナアセンブリの指向性を示す図である。この図では、それぞれ１ミリ、３ミリ、５ミリの厚みを有するクラディングプレートについて示されており、送信周波数は２６ＧＨｚである。
【００３３】
３つの厚みに対して、送信ビームでのカーブ形状は、あまり違いがない。しかし、±１８０度付近では、ビームの鏡像が、はっきりと認識される。３ミリの厚みを有する最も好ましいケースでは、主ビームについて、約１７ｄＢだけ減衰する。
【００３４】
図６は、本発明に係る第１アンテナアセンブリの指向性を示す。このアンテナアセンブリは、図３に示したタイプのアンテナクラディングと、図３の断面において水平に偏向したアンテナとを有するものである。アンテナの断面の外部では、その強度は、アジマス角θを持って強く変化し、それにより、厚さｄが１、３、５ミリのクラディングについて、図に示されるカーブがどのように異なるかを示すのは困難である。異なる厚みを持つクラディングについて、その指向性の間には、何ら判別できる質の相違は存在しない。クラディングの厚みに関わらず、アンテナの外部では、どの位置であっても、２４ｄＢよりも減衰されており、反射ビームは、見あたらない。
【００３５】
図７は、図３に示したアンテナクラディングの２つの指向性ｐとｓを示す。クラディングの厚みは、何れも１ｍｍである。ｐで示されるカーブは、図６に示した３つのカーブの１つと同じである。厚みｄが１ｍｍの場合に、アンテナの扇形の外側での減衰は、少なくとも２７ｄＢである。ｓで示されるカーブは、カーブｐで示したアンテナとはアンテナの偏向が異なっており、クラディングへの入射面と垂直をなす偏向を有するアンテナアセンブリの指向性を示している。カーブｐのような指向性は、完全に低下している。
【００３６】
本発明のアンテナクラディングの他の変形例を、図９乃至１３に示す。
【００３７】
図９は、アンテナ１とそのクラディング３の概略断面図である。ここで、クラディングは、３つの同じエレメントから形成されている。そのそれぞれのエレメントは、断面が螺旋形状の２つのプレート４を含む。また、各エレメントは、アンテナ１からみて、その切断面において、６０どの角度を為して延びている。
【００３８】
容易に理解できるように、本発明のクラディングの断面が形成される同一のエレメントの数は、望むだけ増やすこともできる。その限界として、その数が非常に多くなると、或いは各エレメントが非常に小さくなると、その螺旋状の曲面が、極小となり、それらが、ブリュースター角に配置された平面部材として認識できるかもしれない。
【００３９】
図１０は、この場合の、アンテナ１及びクラディング３の断面図を示している。本実施形態では、プレートは、平面的になるため、クラディングの製造は、非常に単純化される。しかし、本実施形態では、多数のプレート４の間に存在する端部であって、ブリュースター条件を満たさない領域を形成する端部が、望まない方法でアンテナの放射線を散乱させる可能性がある。
【００４０】
図１１は、水平中央平面（図の座標においてｚ＝０の面）に沿って切断した場合に図９に示した断面を有するアンテナクラディング３ｈの斜視図である。このアンテナクラディング３ｈは、ｙ軸に垂直な如何なる切断面においても半円形状の断面を有する。
【００４１】
クラディング３は、この座標中の原点に位置するアンテナから放射された水平に偏向された放射線について、無視できる程度の反射を有する。同じアンテナから放射され、垂直に偏向された放射線は、ブリュースター条件を満たしていない。この後者の放射線についてもブリュースター条件を満たすためには、図１１のクラディング３ｈを、アンテナの主放射方向を中心として９０度回転すればよい。
【００４２】
仰角方向(elevation direction)に小さなビームを拡散する２つの扇形アンテナ１ｈ、１ｖのためのアンテナクラディング３が、図１２から図１４に示されている。図１２は、斜視図であり、図１３、図１４は、それぞれ、ｙ＝０及びｙ＝０．５の平面で図１２を切断した断面図である。
【００４３】
アンテナクラディング３は、２つのセグメントから形成されている。下方セグメント３ｈは、−０．４＜ｚ＜０．４の範囲において、図１１のクラディング３ｈに対応する形状を有する。原点、ｘ＝ｙ＝ｚ＝０、に配置された水平偏向アンテナ１ｈの放射コーン（radiation cone）を覆っている。
【００４４】
本形態では、セグメント３ｈは、アジマス角範囲は１８０度であるが、それよりもずっと小さな仰角範囲（約５０度）において、アンテナ１ｈを覆っている。
【００４５】
扇形アンテナのビームの仰角方向の拡散は、通常、アジマス方向に比べて非常に小さいので、実際には、アンテナ１ｈの全ての放射パワーは、セグメント３ｈを通過する。
【００４６】
上方セグメント３ｖは、図１１のクラディング３ｈの中央部分を９０度回転した形状に対応する半円盤形状である。ほぼｘ＝ｙ＝０、ｚ＝０．４の点に配置された垂直偏向アンテナ１ｖを覆う。ここで、また、アンテナ１ｖの全ての伝送パワーは、セグメント３Ｖを通過する。
【００４７】
２つのセグメント３ｈ、３ｖは、円錐面１１により、連続して互いに接続される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るクラディング及びアンテナアセンブリの第１実施形態を示す第１切断面での断面図である。
【図２】設置に必要な奥行きを減らした、図１の実施形態の進化形を示す図である。
【図３】設置に必要な奥行きを更に減らした、第２の進化形を示す図である。
【図４】本発明に係るクラディング及びアンテナアセンブリの第２実施形態を示す第１切断面での断面図である。
【図５】様々な厚みを有する平面プレート形状の従来型のクラディングと４５度扇形アンテナとを有するアンテナアセンブリの指向性を示す図である。
【図６】様々な厚みを有する図３に示す形状のアンテナアセンブリの指向性と、ブリュースター効果を用いたアンテナの偏向性を示す図である。
【図７】切断面及びそれに垂直な面においてそれぞれアンテナが偏向すると仮定した場合の、１ミリの遮蔽厚を有する図３に示す形状のアンテナアセンブリの指向性を示す図である。
【図８】切断面及びそれに垂直な面においてそれぞれアンテナが偏向した、図４に示す形状のアンテナアセンブリの指向性を示す図である。
【図９】本発明に係るアンテナクラディングの他の実施形態の断面図である。
【図１０】本発明に係るアンテナクラディングの他の実施形態の断面図である。
【図１１】水平断面図が図９となる、アンテナクラディングの斜視図である。
【図１２】２つのアンテナのクラディングの斜視図である。
【図１３】図１２のクラディングの中央垂直断面図である。
【図１４】図１２のクラディングの中央からずれた点を通る垂直断面図である。
【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】
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【図１４】
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【国際調査報告】
2008507224.tif 000018
2008507224.tif 000019
2008507224.tif 000020