АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО
ANTENNA DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к антенному устройству, используемому для двухточечной системы связи, такой как мобильное транзитное соединение, а более конкретно к антенному устройству однолучевой схемы, которое испускает луч в одном направлении от одной антенны.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Антенное устройство, такое как параболическая антенна, широко используется, например, для мобильного транзитного соединения, известного как RAN (сеть радиодоступа), которое соединяет беспроводную базовую станцию с магистральной сетью. В частности, в мобильном транзитном соединении широко используется антенное устройство однолучевой схемы, которое испускает луч в одном направлении с помощью отражателя и одного первичного излучателя.
Офсетная параболическая антенна, выполненная с возможностью снижать вероятность приема ненужных радиоволн, использующая лишь сегмент отражателя параболической антенны, часто используется в качестве такого антенного устройства однолучевой схемы.
[0003] Например, технология офсетного параболического отражателя, выполненная с возможностью не принимать ненужные радиоволны посредством уменьшения плоскости раскрыва отражателя, раскрыта в патентном документе 1 в качестве связанной технологии для антенного устройства, включающего в себя антенну с отражателем однолучевой схемы. Согласно этой технологии в офсетном параболическом отражателе, сформированном в форме, в которой вырезан сегмент вращательного параболического отражателя, отражатель формируется так, что форма, когда периферийный сегмент просматривается из фокусной позиции офсетного параболического отражателя, по существу, является круглой. Другими словами, в то время как не перехватываемая зеркалом мощность облучателя (утечка) в направлении продольной оси увеличивается в эллиптическом отражателе, представляется возможным сдерживать не перехватываемую зеркалом мощность облучателя на низком уровне и добиваться однородности уровня облучения в периферийном сегменте отражателя, задавая форму, когда периферийный сегмент просматривается с фокусной позиции отражателя, круглой. В результате, представляется возможным улучшать эффективность облучения отражателя.
[0004] Дополнительно, например, технология для способа реализации характеристик с низким уровнем боковых лепестков эллиптической лучевой офсетной антенны была описана в непатентном документе 1 в качестве связанной технологии для офсетного параболического отражателя.
[0005] Дополнительно, например, технология для того, чтобы обеспечивать следование формы контура отражателя форме вдоль контурной линии, соответствующей отклонению фазы плоскости раскрыва, вызванному аберрацией поверхности отражателя в антенне многолучевой схемы, которая испускает луч во множестве направлений от одной антенны, раскрыта в качестве другой связанной технологии в патентном документе 2. Согласно этой технологии, представляется возможным подавлять ухудшение характеристики направленности луча, увеличение боковых лепестков (рассеиваемые электромагнитные волны) и уменьшение коэффициента усиления антенны, вызванное аберрацией зеркальной поверхности (т.е. разность хода радиоволн вследствие различия в положении отражения на поверхности отражателя), формируя контур отражателя вдоль контурной линии, полученной посредством аберрации зеркальной поверхности.
[Список библиографических ссылок]
[Патентные документы]
[0006] [Патентный документ 1] Публикация прошедшей экспертизу японской патентной заявки № 2592646.
[Патентный документ 2] Публикация непрошедшей экспертизу японской патентной заявки, первая публикация № H9-51211.
[Непатентный документ]
[0007] [Непатентный документ 1] Катсухико Аокио и др., "Method of Realizing Low Side Lobe Characteristic of Offset Elliptical Beam Antenna", B-II, Communication II-Wireless Communication and Wireless Application J81-B-2(8), 789-796, 1998-08-25, Институт инженеров электроники, информации и связи.
СУЩЕСТВО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[Задачи, которые должны быть решены изобретением]
[0008] Как правило, в антенне с отражателем (антенном устройстве), включающей в себя отражатель и первичный излучатель, если ширина луча первичного излучателя является широкой, распределение интенсивности облучения плоскости раскрыва отражателя приближается к состоянию однородного распределения, и эффективность облучения улучшается. Однако присутствует недостаток в том, что, поскольку ширина луча является широкой, часть луча не попадает в отражатель, и мощность, которая является не перехватываемой зеркалом мощностью облучателя (утечкой), возрастает, что является потерями. С другой стороны, если ширина луча первичного излучателя является узкой, потери вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя могут быть снижены, но эффективность облучения может ухудшаться, поскольку распределение интенсивности облучения в плоскости раскрыва отражателя не является однородным. Поэтому необходимо соответствующим образом рассчитывать ширину луча, испускаемого из первичного излучателя, так, что компромиссное соотношение между эффективностью облучения и потерями вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя в плоскости раскрыва отражателя оптимизируется для того, чтобы максимизировать эффективность облучения для антенного устройства.
[0009] Например, когда используется отражатель, включающий в себя идеальный параболоид вращения, и первичный излучатель, испускающий луч, демонстрирующий идеальную характеристику распределения Гаусса (характеристику нормального распределения), ширина (толщина) луча первичного излучателя определяется так, что интенсивность облучения сегмента контура относительно интенсивности облучения (0 дБ) центра отражателя, как правило, равна примерно -12 дБ. В этом случае компромиссное соотношение между не перехватываемой зеркалом мощностью облучателя отражателя и эффективностью облучения плоскости раскрыва отражателя оптимизируется, и эффективность облучения для антенного устройства показывает максимальное значение.
[0010] Однако, поскольку форма плоскости раскрыва в обычной офсетной антенне с уменьшенной характеристикой боковых лепестков является эллиптической формой, сила облучения от первичного излучателя в контуре отражателя не имеет постоянного значения, и возникает неравномерность (сильная и слабая). Поэтому, не представляется возможным оптимизировать компромиссное соотношение между потерями вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя и улучшением эффективности облучения, даже если ширина луча первичного излучателя изменяется. Другими словами, существует проблема в том, что трудно максимизировать эффективность облучения для антенного устройства.
[0011] Дополнительно, существует другая проблема в том, что потери вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя являются достаточно большими, поскольку интенсивность облучения в сегменте контура эллиптической плоскости раскрыва не является постоянной, даже когда интенсивность облучения сегмента контура отражателя задается низкой для того, чтобы реализовывать характеристику с низким уровнем боковых лепестков для уменьшения рассеяния электромагнитных волн от отражателя.
[0012] Дополнительно, необязательно иметь эллиптическую форму, в которой горизонтальная ширина отражателя гораздо больше, чем его вертикальная ширина, для того, чтобы реализовывать характеристику с низким уровнем боковых лепестков горизонтальной плоскости. Однако в технологии патентного документа 1, описанной выше, не представляется возможным реализовывать характеристику с низким уровнем боковых лепестков горизонтальной плоскости, поскольку отражатель сформирован так, что форма, когда периферийный сегмент просматривается с фокусной позиции офсетного параболического отражателя, становится, по существу, круглой.
Другими словами, в технологии патентного документа 1 не представляется возможным реализовывать преимущество антенны с эллиптическим отражателем, в которой горизонтальная ширина и вертикальная ширина отражателя значительно отличаются.
[0013] Дополнительно, технология непатентного документа 1 реализует характеристику с низким уровнем боковых лепестков, заставляя отражатель быть эллиптическим, но оптимальная эффективность облучения не может быть получена в этой технологии, поскольку эллиптическая форма отражателя не совпадает с изолюксой эллиптического луча.
[0014] Дополнительно, в технологии патентного документа 2, в антенном устройстве многолучевой схемы, в котором множество первичных излучателей совместно используют один отражатель и испускают луч во множестве направлений, увеличение боковых лепестков или т.п. подавляется посредством задания контура отражателя таким образом, чтобы он имел форму вдоль контурной линии, соответствующей отклонению фазы плоскости раскрыва, вызванной аберрацией зеркальной поверхности. Однако аберрация зеркальной поверхности возникает из-за разности хода, формируемой в радиоволнах вследствие направленности луча, поскольку множество лучей совместно используют один и тот же отражатель в антенном устройстве многолучевой схемы. Поэтому такая аберрация поверхности отражателя характерна для антенного устройства многолучевой схемы и теоретически не создается в антенном устройстве однолучевой схемы. Следовательно, даже когда технология патентного документа 2 известна, технология не может быть применена к технологии для улучшения эффективности облучения, не перехватываемой зеркалом мощности облучателя, характеристики боковых лепестков и т.п. в антенном устройстве однолучевой схемы.
[0015] Настоящее изобретение было осуществлено, принимая во внимание такие обстоятельства, и задачей настоящего изобретения является предоставление антенного устройства однолучевой схемы, которое имеет небольшую мощность облучателя, не перехватываемую зеркалом, вследствие хорошей эффективности облучения отражателя и отличной низкой характеристики боковых лепестков.
[Средство для решения задачи]
[0016] Для того чтобы решать задачу, описанную выше, антенное устройство согласно настоящему изобретению является антенным устройством однолучевой схемы, включающим в себя: отражатель, который формирует офсетную антенну с вырезанным сегментом параболоида вращения; и первичный излучатель, который испускает луч, имеющий форму эллиптического конуса, на плоскость раскрыва отражателя, при этом контур плоскости раскрыва отражателя формируется вдоль изолюксы луча, имеющего форму эллиптического конуса, излучаемого от первичного излучателя.
[0017] Дополнительно, антенное устройство согласно настоящему изобретению является антенным устройством однолучевой схемы, включающим в себя: отражатель, который формирует офсетную антенну с вырезанным сегментом параболоида вращения; вспомогательный отражатель, которое испускает луч, имеющий форму эллиптического конуса, на плоскость раскрыва отражателя; и первичный излучатель, который излучает луч, имеющий любую форму, на вспомогательный отражатель, при этом контур плоскости раскрыва отражателя формируется вдоль изолюксы луча, имеющего форму эллиптического конуса, излучаемого от вспомогательного отражателя.
[Преимущества изобретения]
[0018] Согласно антенному устройству согласно настоящему изобретению, поскольку контур отражателя формируется вдоль изолюксы эллиптического луча, испускаемого от первичного излучателя, представляется возможным оптимизировать компромиссное соотношение не перехватываемой зеркалом мощности облучателя и эффективности облучения. В результате, представляется возможным добиваться уменьшения потерь вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя, улучшения эффективности облучения, улучшения характеристики боковых лепестков и т.п. и улучшать рабочие характеристики антенны.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0019] Фиг.1 - это чертеж, иллюстрирующий схематичную конфигурацию и изолюксу антенного устройства однолучевой схемы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - это иллюстративный чертеж антенного устройства однолучевой схемы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3 - это иллюстративный чертеж антенного устройства однолучевой схемы согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] [Основные принципы]
Антенное устройство настоящего изобретения является антенным устройством однолучевой схемы, включающим в себя один отражатель и один первичный излучатель, и характеризуется тем, что контур отражателя определяется так, что интенсивность облучения лучом от первичного излучателя имеет постоянное значение вдоль контура отражателя. Другими словами, в антенном устройстве настоящего изобретения контур отражателя определяется вдоль контурной линии (т.е. изолюксы) амплитудного распределения интенсивности облучения луча, испускаемого из первичного излучателя.
[0021] [Первый вариант осуществления]
Фиг.1 - это схема, иллюстрирующая схематичную конфигурацию и линию изолюксы антенного устройства однолучевой схемы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Антенное устройство 1 включает в себя отражатель 2 и первичный излучатель 3, как иллюстрировано на фиг.1. Дополнительно, зеркальная поверхность отражателя 2 является сегментом параболоида вращения. Дополнительно, фиг.1 иллюстрирует параболу, в которой изолюкса L на параболоиде вращения составляет -6 дБ, -9 дБ, -12 дБ или -15 дБ с интенсивностью облучения в максимальном направлении (центр эллипса) эллиптического луча 4 первичного излучателя 3, составляющей 0 дБ.
[0022] Первичный излучатель 3 размещается таким образом, что фазовый центр первичного излучателя 3 соответствует фокусу параболоида вращения. Дополнительно, центральная ось эллиптического луча 4 первичного излучателя 3 формирует предварительно определенный угол (например, 50 градусов) с осью вращения параболоида вращения. В таком случае излучение эллиптического луча 4, испускаемого от первичного излучателя 3 на отражатель 2, определяет форму контура 2a отражателя настоящего варианта осуществления вдоль линии контура (изолюксы), которая имеет одинаковое значение на зеркальной поверхности отражателя 2. Например, изолюкса, на которой облучение равно -12 дБ, является контуром 2a отражателя настоящего варианта осуществления, который иллюстрирован на фиг.1.
[0023] Дополнительно, в этом антенном устройстве 1 отражатель 2 имеет продолговатую эллиптическую форму, горизонтальная ширина которой гораздо больше, чем ее вертикальная ширина, для того, чтобы реализовывать характеристику с низким уровнем боковых лепестков в горизонтальной плоскости. В целом, поскольку горизонтальная ширина отражателя 2 является большой, относительный уровень боковых лепестков становится низким, а конкретно, соотношение горизонтальной ширины и вертикальной ширины равно 2:1. Дополнительно, некруглый луч обусловлен тем, что, когда вертикальная ширина увеличивается аналогично горизонтальной ширине, облучаемая площадь антенного устройства 1 увеличивается, и конструктивное ограничение во время установки антенного устройства 1 увеличивается. Дополнительно, в этом типе антенного устройства 1 низкий уровень боковых лепестков является ненужным для вертикальной плоскости (направление вертикальной ширины). Следовательно, луч, испускаемый от первичного излучателя 3, является эллиптическим лучом 4, который вытянут в горизонтальном направлении и имеет, по существу, эллиптическую форму для того, чтобы поддерживать отражатель 2, имеющий большую горизонтальную ширину.
[0024] Дополнительно, контур 11 отражателя обычной параболической офсетной антенны иллюстрируется на фиг.1. Контур 11 обычного отражателя определяет форму соответствующего отражателя 2 так, что форма плоскости раскрыва (виртуальной плоскости, перпендикулярной оси луча от отражателя 2) является эллиптической. Однако в обычной параболической офсетной антенне контур 11 эллиптического отражателя не связан с изолюксой вообще.
[0025] Другими словами, в отражателе офсетного эллиптического типа, имеющем горизонтальную ширину больше вертикальной ширины, обычное антенное устройство снижает эффективность облучения, поскольку отклонение эллиптической формы является большим, как иллюстрировано на фиг.1, между контуром 11 обычного отражателя и контуром 2a отражателя согласно настоящему варианту осуществления.
[0026] С другой стороны, в случае антенного устройства 1 настоящего варианта осуществления потери вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя равны сумме мощностей сегментов, которыми отражатель 2 не облучается, эллиптического луча 4 первичного излучателя 3, но в этом случае сумма мощностей равна или меньше определенного уровня (-12 дБ). В целом, потери вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя зависят от величины мощности, излучаемой за пределы контура 2a отражателя настоящего варианта осуществления. Следовательно, является эффективным уменьшение облучения (изолюксы) контура 2a отражателя настоящего варианта осуществления для того, чтобы уменьшать потери вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя.
[0027] Между тем, мощность эллиптического луча 4, которым отражатель 2 облучается от первичного излучателя 3, равна сумме мощностей, равной или большей определенного уровня (-12 дБ). В целом, представляется эффективным увеличивать облучение контура 2a отражателя для того, чтобы улучшать эффективность облучения отражателя 2. Следовательно, представляется возможным максимизировать эффективность облучения антенного устройства 1, поскольку представляется возможным эффективно оптимизировать компромиссное соотношение потерь вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя и эффективности облучения отражателя 2, когда облучение контура 2a отражателя находится на определенном уровне.
[0028] Дополнительно, поскольку контур 2a отражателя настоящего варианта осуществления и контур 11 обычного отражателя изображаются рядом на фиг.1, улучшения в отношении не перехватываемой зеркалом мощности облучателя или эффективности облучения посредством настоящего варианта осуществления могут быть подтверждены. Другими словами, пространства S1 и S2, в которых контур 2a отражателя настоящего варианта осуществления выступает из контура 11 обычного отражателя, являются пространствами, в которых антенное устройство 1 настоящего варианта осуществления компенсирует потери вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя, создаваемой в традиционном антенном устройстве. Дополнительно, пространства S3 и S4, в которых контур 11 обычного отражателя выступает из контура 2a отражателя настоящего варианта осуществления, являются пространствами, в которых антенное устройство 1 настоящего варианта осуществления компенсирует уменьшение эффективности облучения, формируемого в традиционном антенном устройстве.
[0029] Фиг.2 - это иллюстративная схема антенного устройства однолучевой схемы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Другими словами, отражатель 2 является офсетной антенной, в которой вырезан сегмент параболоида P вращения, принимает луч (эллиптический луч) в форме эллиптического конуса от первичного излучателя 3 в фокусной позиции отражателя 2 и отражает луч параллельной линии от отражателя 2. Форма контура отражателя 2 является геометрическим местом точек изолюксы, когда отражатель 2 облучается эллиптическим лучом от первичного излучателя 3, как иллюстрировано на фиг.1. Например, форма контура отражателя 2 является геометрическим местом точек изолюксы в -12 дБ, когда центр эллиптического луча имеет 0 дБ. Соответственно, возможны улучшения в отношении не перехватываемой зеркалом мощности облучателя, эффективности облучения, низкой характеристики боковых лепестков и т.п. в сравнении с обычным антенным устройством.
[0030] [Второй вариант осуществления]
Фиг.3 - это иллюстративная схема антенного устройства однолучевой схемы согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. В антенном устройстве второго варианта осуществления форма контура отражателя 2 становится геометрическим местом точек изолюксы, как на фиг.1. Дополнительно, второй вариант осуществления является таким же, что и первый вариант осуществления, в том, что отражатель 2 является офсетной антенной, в которой вырезан сегмент параболоида P вращения. Характеристикой антенного устройства второго варианта осуществления является то, что первичный излучатель 3, иллюстрированный на фиг.2, заменяется системой первичного излучателя, включающей в себя первичный излучатель 6 и вспомогательный отражатель 7, как иллюстрировано на фиг.3.
[0031] Другими словами, в системе первичного излучателя, когда вспомогательный отражатель 7 облучается лучом, имеющим любую форму, из первичного излучателя 6, то отражатель 2 облучается лучом (эллиптическим лучом), имеющим форму эллиптического конуса, от вспомогательного отражателя 7. В этом случае форма контура отражателя 2 задается так, что интенсивность облучения в контуре отражателя 2 эллиптического луча, испущенного от вспомогательного отражателя 7, является постоянной. В антенном устройстве второго варианта осуществления возможны улучшения в отношении не перехватываемой зеркалом мощности облучателя, эффективности облучения, низкой характеристики боковых лепестков и т.п. в сравнении с обычным антенным устройством, аналогично первому варианту осуществления.
[0032] [Третий вариант осуществления]
В антенном устройстве согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения форма вспомогательного отражателя 7 второго варианта осуществления, иллюстрированного на фиг.3, определяется посредством изолюксы, в которой интенсивность облучения на вспомогательном отражателе 7 вследствие луча (эллиптического луча), имеющего форму эллиптического контура, испускаемого от первичного излучателя 6, является постоянной. Другими словами, контур вспомогательного отражателя формируется вдоль изолюксы эллиптического луча, аналогично контуру отражателя 2. Соответственно, представляется возможным максимизировать эффективность всего антенного устройства, поскольку уменьшение потери вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя во вспомогательном отражателе 7 и оптимальное решение эффективности облучения могут быть реализованы, в дополнение к результатам первого варианта осуществления и второго варианта осуществления.
[0033] Как описано выше, согласно антенным устройствам согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, поскольку решение для оптимизации компромиссного соотношения между не перехватываемой зеркалом мощностью облучателя и эффективностью облучения может быть осуществлено, представляется возможным улучшать эффективность всей антенны в сравнении с обычным антенным устройством. Также представляется возможным улучшать характеристику боковых лепестков в горизонтальном направлении без увеличения нагрузки, прикладываемой к антенному устройству во время сильного ветра. Также представляется возможным добиваться дополнительной миниатюризации отражателя, поскольку эффективность антенного устройства улучшается. Дополнительно, в антенном устройстве, использующем двойной отражатель, представляется возможным улучшать эффективность вспомогательного отражателя.
[0034] В то время как варианты осуществления антенного устройства согласно настоящему изобретению были описаны подробно со ссылкой на чертежи, конкретная конфигурация настоящего изобретения не ограничивается содержимым вариантов осуществления, описанным выше, и изменение в конструкции без отступления от сущности и объема настоящего изобретения включено в настоящее изобретение.
[0035] Приоритет испрашивается по японской патентной заявке № 2011-184904, поданной 26 августа 2011 года, содержимое которой включено в данный документ по ссылке.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0036] Антенное устройство настоящего изобретения может эффективно использоваться для двухточечной системы связи, такой как мобильное транзитное соединение, в качестве параболической антенны или параболической офсетной антенны однолучевой схемы.
[Описание условных обозначений]
[0037] 1 антенное устройство
2 отражатель
2a контур отражателя настоящего варианта осуществления
3 первый излучатель
4 эллиптический луч
6 первый излучатель
7 вспомогательный отражатель
11 контур обычного отражателя
S1 пространство, способствующее потерям вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя
S2 пространство, способствующее потерям вследствие не перехватываемой зеркалом мощности облучателя
S3 пространство, способствующее ухудшению эффективности облучения
S4 пространство, способствующее ухудшению эффективности облучения
L изолюкса на параболоиде вращения
P параболоид вращения