(57)【要約】【課題】複数のマイクロ波の給電点を持ち、給電点に対してマイクロ波の放射方向が３６０度回転可能なアンテナ装置を実現する。【解決手段】反射板と、円偏波を放射または受信する１次放射器と、送信時には１次放射器から放射された円偏波を直線偏波に変換し、受信時には反射板に反射して入射した直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器とを有し、反射板と偏波変換器が一体となって、筐体に固定された前記１次放射器の略中心を回転軸として回転する機構を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射板と、円偏波を放射または受信する１次放射器と、送信時には前記１次放射器から放射された円偏波を直線偏波に変換し、受信時には前記反射板に反射して入射した直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器とを有し、前記反射板と前記偏波変換器が一体となって、筐体に固定された前記１次放射器の略中心を回転軸として回転する機構を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
円偏波を放射または受信する１次放射器と、送信時には前記１次放射器から放射された円偏波を直線偏波に変換し、受信時には入射した直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器を反射面に備えた反射板とを有し、該反射板が、筐体に固定された前記１次放射器の略中心を回転軸として回転する機構を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２いずれか記載のアンテナ装置において、円偏波を放射または受信する１次放射器が、直線偏波を放射または受信するアンテナと、別の偏波変換器とからなり、送信時には前記アンテナから放射される直線偏波を前記別の偏波変換器で円偏波に変換し、該円偏波を前記偏波変換器で直線偏波に変換して放射し、受信時には受信した前記直線偏波を前記偏波変換器で円偏波に変換し、該円偏波を前記別の偏波変換器で直線偏波に変換して前記アンテナで受信することを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に放射方向が３６０度回転可能なアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーダ装置のアンテナとして、図４に示したスロット１０を多数配列したスロットアレーアンテナや、平面アンテナであるマイクロストリップパッチアンテナで構成されるアレーアンテナ等が知られていた。レーダ装置は通常パルスレーダであり、その送信器にはマグネトロンが使用されている。マグネトロンは比較的容易に大きなピーク電力のマイクロ波発振が可能でありパルスレーダ装置に好適である。このように一個の発振器で送信器をまかなうことが可能な場合、そのアンテナ装置は給電部が一箇所で、そこから供給されるマイクロ波電力を各アンテナ素子に分配する形態のアンテナが好適である。図４に示すようにスロットアレーアンテナは複数のスロット１０が各アンテナ素子に相当し、これらを合成することによって必要な指向性ゲインを得る構造となっている。レーダ装置に使用するマイクロストリップパッチアンテナの場合も、給電点は一箇所でそこからマイクロストリップ線路で各パッチアンテナ素子に電力を分配する構造である。
【０００３】
また、レーダ装置は水平方向に狭い指向性を持ったアンテナを水平方向に３６０度回転させる必要がある。そのため、従来から回転機構を持った伝送線路であるロータリージョイントを用いることが一般的であった。したがって、平面アンテナを用いる場合であっても、マイクロ波の給電点はロータリージョイントの回転中心に設置した一点に限られていた。
【０００４】
なお、一般の船舶レーダ装置のアンテナから放射するマイクロ波は、重力方向に垂直な方向に偏波面を持つ水平偏波である。
【０００５】
以上のようなマイクロ波給電および偏波変換に関連する技術は、ロータリージョイントを用いてマイクロ波電力をアンテナに供給すると共に、放射する電波の偏波変換を行うものとして、例えば特開２００１−１８５９４６（特許文献１）に開示されている。これは給電プローブを回転中心軸として電磁結合する副反射鏡に給電するもので、アンテナの主反射鏡は偏波変換機能を有している。また、ロータリージョイントを用いないで給電する例としては、例えば特開平６−３７５３７（特許文献２）や特開平８−２９３７２１（特許文献３）がある。前者は導波管の出力が偏平な伝送空間を介して放射素子から円偏波で放射され、偏波変換素子により直線偏波に変換するもので、偏波面の制御は偏波変換素子を回転させることによって実現している。後者は回転部である誘電体板上に設けられたアンテナ素子からの受信信号を給電点に集め、電波により固定部に設けられた再受信部に伝送するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８５９４６号公報
【特許文献２】
特開平６−３７５３７号公報
【特許文献３】
特開平８−２９３７２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、マイクロ波半導体素子の開発が進み、レーダ装置の発振器にもマグネトロンの代わりに、マイクロ波半導体素子を発振器として用いた送信器が利用されている。しかし、半導体素子１個でマグネトロン１個と同等のマイクロ波電力を得ることは不可能である。そのため半導体素子を発振器とする送信器では、マイクロ波電力の合成装置が必須となる。しかし、電力合成装置でマイクロ波電力を合成し、それを送信用アンテナに再び分配する構成では、合成装置等の電力ロス分が大きくなり、好適な手段とは言えない。またアンテナを回転させる場合、従来のロータリージョイントにより給電する方法をとると、その給電点をロータリージョイントの回転中心とするための装置も必要である。
【０００８】
一方、ロータリージョイントを用いない方法として平面アンテナのアンテナ素子それぞれに半導体素子を装荷しアンテナ素子各々から放射されるマイクロ波を空間で合成することも考えられるが、回転するアンテナ上の半導体素子にＤＣ電力を供給する手段が難しく、また半導体素子が発生する熱を逃がすための部品等によってアンテナ全体の寸法が大きく、重くなる結果その回転駆動機構が大きくなるという問題がある。
【０００９】
本発明では、上記問題点を解消し、複数のマイクロ波の給電点を持ち、給電点に対してマイクロ波の放射方向が３６０度回転可能なアンテナ装置を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、反射板と、円偏波を放射または受信する１次放射器と、送信時には前記１次放射器から放射された円偏波を直線偏波に変換し、受信時には前記反射板に反射して入射した直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器とを有し、前記反射板と前記偏波変換器が一体となって、筐体に固定された前記１次放射器の略中心を回転軸として回転する機構を備えたことを特徴とするものである。このような構成によってロータリージョイントは不要となる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、円偏波を放射または受信する１次放射器と、送信時には前記１次放射器から放射された円偏波を直線偏波に変換し、受信時には入射した直線偏波を円偏波に変換する偏波変換器を反射面に備えた反射板とを有し、該反射板が、筐体に固定された前記１次放射器の略中心を回転軸として回転する機構を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
さらに請求項３に係る発明は、請求項１または２いずれか記載のアンテナ装置において、円偏波を放射または受信する１次放射器が、直線偏波を放射または受信するアンテナと、別の偏波変換器とからなり、送信時には前記アンテナから放射される直線偏波を前記別の偏波変換器で円偏波に変換し、該円偏波を前記偏波変換器で直線偏波に変換して放射し、受信時には受信した前記直線偏波を前記偏波変換器で円偏波に変換し、該円偏波を前記別の偏波変換器で直線偏波に変換して前記アンテナで受信することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施例を示す概略構造図で、図１（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）のＡ−Ａ′線での断面図である。本実施例は９．４ＧＨｚ帯レーダ装置用のアンテナ装置であって、重力方向に垂直な偏波面を持つ水平偏波のマイクロ波を送受信するアンテナ装置である。１次放射器３はマイクロストリップパッチアンテナが複数個（一例として４個）同相で円偏波が励振されるようになっており、図示されていないが、半導体素子を用いた発振器、その出力を分岐して増幅する増幅器および送受切換器等に接続されている。なお、１次放射器３は筐体４に取り付けられ、固定されている。
【００１４】
反射板１と偏波変換器２は、図１（ｄ）に示すように１次放射器３の概略中心９を通る垂線（中心軸）のまわりに一体となって回転可能な状態で支持されている。回転は筐体４に取り付けられたモータ５によって駆動され、反射板１と偏波変換器２のみが、筐体４上を水平方向に３６０度回転する。
【００１５】
偏波変換器２は円偏波と直線偏波間の変換を行う装置で、金属板が特定の間隔で数枚配列された構造のものである。本実施例は金属板を用いたが、例えば誘電体を用いたものであってもよい。
【００１６】
反射板１の開口面の長さは約３０ｃｍで、指向性は約６度であり水平方向に鋭い指向性をもってマイクロ波を送受信する構造である。レーダー電波（マイクロ波）の送信時は１次放射器３から放射された円偏波は偏波変換器２で直線偏波に変換され、回転する反射板１で反射することによってターゲットに向け放射される。偏波変換器２と反射板１は一体となって回転するため、放射されるマイクロ波は、偏波面が重力方向に垂直な水平偏波となる。受信時は水平偏波である受信信号が反射板１で集められ、偏波変換器２で直線偏波から円偏波に変換され、１次放射器３で受信される。なおこのとき、反射板１の回転軸は重力方向にとっている。
【００１７】
このように構成することで、１次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成した場合でも、それらが同相で円偏波を励振するように設定すれば、複数の給電点からのマイクロ波を空間で合成でき、回転方向に水平偏波を送受信可能なアンテナ装置が実現できる。
【００１８】
図２は本発明の第２の実施例の正面図で、８は偏波変換器の機能を持った反射板である。図示されていないが、１次放射器３が図１の実施例と同様に筐体４に設置されている。図１の実施例で設置していた偏波変換器は本実施例には設けていない。その代わり、反射板１表面が偏波変換機能をもった構造となっている。このような機能を実現するために、本実施例では、反射板１の表面に金属の凹凸を所定の間隔で設けている。偏波変換機能は金属の凹凸に限らず、誘電体の凹凸等によっても実現可能である。動作機構は図１の場合と同様、マイクロ波の送信時は１次放射器３で円偏波を励振し、反射板８で円偏波を直線偏波に変換する。反射板１の回転により、水平方向の偏波面を持った水平偏波が放射される。マイクロ波の受信時はその逆に水平偏波を反射板８で受け、直線偏波に変換され１次放射器３で受信される。
【００１９】
このような構造とすることで、第１の実施例同様、１次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成した場合でも、それらが同相で円偏波を励振するように設定すれば、複数の給電点からのマイクロ波を空間で合成でき、回転方向のどの位置においても水平偏波を送受信可能なアンテナ装置が実現できる。特に本実施例では、反射板８に偏波変換機能を持たせているため、反射板８のみを回転させれば良く、回転駆動機構を小型化することができ、アンテナ装置の小型化等を図ることが容易となる。また偏波変換器を別途設ける必要がないので、量産化した場合、低コスト化が容易である。
【００２０】
図３は本発明の第３の実施例の断面図で、本実施例は図１の１次放射器３の代わりに、直線偏波を励振する１次放射器６と直線偏波から円偏波に変換する別の偏波変換器７で構成される１次放射器を用いたものである。このように構成することによって、本実施例では直線偏波を励振する１次放射器６と偏波変換器７が一体となり、図１の実施例の円偏波を励振する１次放射器３の働きをしている。このように別の偏波変換器７を設けることで、１次放射器の設計、製作が容易な直線偏波を励振する１次放射器６を用いて、図１の実施例と同様な特性を得ることが可能となる。
【００２１】
なお、本実施例において、反射板１と偏波変換器２の代わりに、図２に示すように偏波変換器の機能を持った反射板８を用いることも可能である。このように構成することで、第２の実施例同様、反射板８のみを回転させれば良く、回転駆動機構を小型化することができ、アンテナ装置の小型化等を図ることが容易となる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアンテナ装置は、１次放射器を複数個のマイクロストリップパッチアンテナで構成し、複数のマイクロ波の給電点を持つことになっても、ロータリージョイントを用いずに、マイクロ波の放射方向が３６０度回転可能なレーダ装置に好適なアンテナが実現できる。特に半導体素子を送信器として用いる場合に好適である。
【００２３】
また、反射板１に偏波変換機能を持たせた構成とすることで、反射板１のみを回転させれば良く、アンテナ装置の小型化等を図ることが容易となるという効果もある。
【００２４】
さらに１次放射器を円偏波励振あるいは直線偏波励振のいずれでも良く、設計の自由度は大きいという効果もある。特に直線偏波励振の１次放射器は、設計、製作が容易であり、簡便にアンテナ装置を形成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構造図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｂ）のＡ−Ａ′線での断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の正面図である。
【図３】本発明の第３の実施例の断面図である。
【図４】従来の実施例であるレーダ装置用スロットアレーアンテナを示す図である。
【符号の説明】
１：反射板、２：偏波変換器、３：１次放射器、４：筐体、５：モータ、６：１次放射器、７：偏波変換器、８：反射板、９：１次放射器の概略中心、１０：スロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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