JPH03191603A

JPH03191603A - 成形ビームアンテナ装置

Info

Publication number: JPH03191603A
Application number: JP33216889A
Authority: JP
Inventors: Minoru Okumura; 実奥村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1991-08-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば人工衛星等に搭載される成形ビーム
アンテナ装置に関する。

（従来の技術）電気通信に使用されるアンテナ装置は、−船釣にアンテ
ナの指向方向に対して軸対称のいわゆるペンシルビーム
を形成する。従って、このようなアンテナ装置ではアン
テナ開口面での電磁界の位相分布がほぼ一様になるよう
に設計されている。

しかし、第３図に示すように、アンテナ装ａｆｌが通信
衛星２等に搭載され、軌道上の静止位置から点線で囲む
日本国領域内に限って通信サービスを行う場合には、通
信の対象外領域との電波干渉を避けるために成形ビーム
アンテナ装置が使用される。

そこで、従来の成形ビームアンテナ装置は、アンテナ開
口面での電磁界の位相分布を不均一とじ、変形した特定
の領域のみを覆うような成形ビームを得るため第４図に
示すように構成されている。

即ち、送受信機３に接続された入力端子１１は、信号の
分配・合成を行う電力分配・合成器１２を経て、フェラ
イト移相器等の移相素子を備え個々に励振位相を制御可
能な複数の移相器１３に接続される。この移相器１３に
は各移相素子に夫々対応して複数の素子アンテナ１４が
接続される。

この素子アンテナ１４によって形成されるビームパター
ンは、移相器１３の各移相素子で夫々設定された励振移
相量によって決定されるから、移相器１３の調整によっ
て必要に応じた成形ビームを形成することができる。

なお、第４図において、成形ビームアンテナ装置の構成
として素子アンテナ１４に対向するように反射鏡１５を
付加して構成してもよい。

しかし、上記従来の成形ビームアンテナ装置は、移相器
１３がフェライト移相器等の複雑な能動素子によって構
成され、またそれを多数必要とするから重量も大となる
ので、人工衛星搭載用等としては望ましくなく、改善が
要望されていた。

（発明が解決しようとする課題）従来の成形ビームアンテナ装置は、アンテナ開口面にお
いて必要な位相分布を得るための移相器は、構成が複雑
で、重量もかさむ欠点があった。

この発明は、上記従来の欠点を解消し、簡単な構成でし
かも軽量化可能な成形ビームアンテナ装置を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明による成形ビームアンテナ装置は、送信機また
は受信機に接続された一次アンテナと、この一次アンテ
ナとの間で電波を送受するように複数の素子で構成され
た第１のアンテナと、この第１のアンテナに接続され電
波の伝搬方向とは直交する面で互いに異なる内径を有す
る少なくとも２個の導波管を有する導波管群と、この導
波管群に接続され電波を送信または受信する第２のアン
テナとを具備することを特徴とする成形ビームアンテナ
装置。

（作　用）この発明による成形ビームアンテナ装置は、従来の信号
分配・合成器及び移相器の構成を、次アンテナと第１の
アンテナと導波管群とで構成するとともに、導波管群を
内径が異なる少なくとも２個の導波管を含むもので構成
した。

一般に、導波管内を通過する電磁波の管内波長は導波管
内径によって決定されるので、内径を異にした導波管か
らの出力電波間には各管内波長差に応じた位相差が生じ
る。

上記構成で、仮に第１のアンテナにおいて、次アンテナ
から同相で共通に受信された電波も、導波管群において
複数の異なる内径を有する導波管から出力されて第２の
アンテナに供給されるときには、互いに異なる励振位相
を持つことになる。

従って、成形ビームアンテナ装置を送信アンテナとして
機能させた場合、導波管群を単に内径の異なる複数の導
波管を選択的に組合わせ使用することによって、第２の
アンテナ開口面における電磁界の位相分布を不均一とし
、任意の成形ビームを形成させることができる。

また、アンテナは送受可逆性を有するから、受信アンテ
ナとしても同様に機能させることができる。

（実施例）以下、この発明による成形ビームアンテナ装置の一実施
例を第１図及び第２図を参照し詳細に説明する。

第１図は成形ビームアンテナ装置を示す斜視図で、まず
送受信機３にはホーンアンテナ等による一次アンテナ１
６が接続されている。いま、この装置が送信機として機
能しているとして説明すると、この一次アンテナ１６か
らの電波は空間給電により複数のアンテナ素子１７１−
１７Ｎからなる第１のアンテナ１７で受信するよう構成
される。

この第１のアンテナ１７を構成するアンテナ素子１７１
−１７Ｎの他端は、導波管群１８を構成する複数の導波
管１８１−１８Ｎに夫々対応して接続され、各導波管１
８１−１８Ｎは更に他の複数のアンテナ素子１９１−１
９Ｎからなる第２のアンテナ１９に接続されて構成され
る。

上記構成において、複数の導波管１８１−１８Ｎの内の
いくつか、少なくとも２個は夫々互いに内径を異にした
円形導波管で構成される。

一般に導波管の電気的特性として、長さしの導波管内を
電磁波が伝搬するとき、出力端では次式（１）で表され
る量の位相遅れ（φ）が生ずる。

但し、λｇは管内波長を表す。

従って、２個の導波管が互いに異なる管内波長λｇ１．
及びλｇ２を持つとすれば、同じ長さしを伝搬した電磁
波間には次式（２）による位相差Δφが生ずる。

導波管の管内波長λｇは、電磁波が伝搬する方向と直交
する面の断面形状によって決定され、例えば第２図に示
すような管内の半径ａ（内径２ａ）からなる円形導波管
の場合、管内波長λｇは基本モードに対し３．４１２ａ
となる。

従って、第１図に示すような成形ビームアンテナ装置に
おいて、一次アンテナＩＢからの放射電界が第１のアン
テナ１７の各素子１７１−１７Ｎにおいて同相で受信さ
れたとしても、半径ａの異なる円形導波管を含む導波管
群１８を通過することによって、第２のアンテナ１９か
ら再放射されるときには、各素子１９１〜１９Ｎの出力
励振位相は異なるものとなっている。

このことから、導波管群１８を構成する例えば円形導波
管１８１−１８Ｎを、半径ａの異なる導波管を選択して
組合わせすることによって、アンテナ開口面での電磁界
の位相分布を選択し、所望の成形ビームパターンを形成
することができる。

なお、導波管群１８を円形導波管の組合わせとして説明
したが、矩形導波管を組合わせ使用しても、電磁波の伝
搬方向に直交する面での径を異にすることによって電磁
波の管内波長を同様に異ならせることができる。

また、この実施例では、成形ビームアンテナ装置を送信
用として機能させた場合を例に説明したが、送受信機と
して送受共用に、また受信機のみを接続使用することも
できる。

また、従来と同様に、この発明の成形ビームアンテナ装
置に第４図に示したように反射鏡１５を組合わせ付加し
て構成使用してもよい。

以上のように、この発明による成形ビームアンテナ装置
は、断面内径の異なる複数の導波管の組合わせで構成し
、移相器の能動素子等を必要としないものであるから、
全体の構成は単純化及び軽量化され、人工衛星搭載用等
に使用して優れた効果を発揮するものである。

［発明の効果］この発明による成形ビームアンテナ装置は、受動素子の
組合わせからなる簡単な構成により、軽量化がはかれる
ものであり、実用上の効果大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による成形ビームアンテナ装置の一実施
例を示す構成斜視図、第２図は第１図における装置の導
波管を取出して示す断面図、第３図は成形ビームアンテ
ナ装置による通信衛星からのビームパターンを示す説明
図、第４図は従来の成形ビームアンテナ装置を示す回路
構成図である。１・・・アンテナ装置、　　　１１・・・入力端子、１
２・・・電力分配・合成器、　１３・・・移相器、１４
・・・素子アンテナ、１６・・・一次アンテナ、１８・・・導波管群、１５・・・反射鏡、１７・・・第１のアンテナ、１９・・・第２のアンテナ。

Claims

【特許請求の範囲】

送信機または受信機に接続された一次アンテナと、この
一次アンテナとの間で電波を送受するように複数の素子
で構成された第１のアンテナと、この第１のアンテナに
接続され電波の伝搬方向とは直交する面で互いに異なる
内径を有する少なくとも２個の導波管を有する導波管群
と、この導波管群に接続され電波を送信または受信する
第２のアンテナとを具備することを特徴とする成形ビー
ムアンテナ装置。