JPS5945282B2 - 球かくレンズアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複数個の素子アンテナを配列して構成され、
かつ、電子的ビームに走査する電子走査アレイアンテナ
に球かくレンズを取り付けてビーム走査を行なう球かく
レンズアンテナに関するものである。

まず、従来のこの種アンテナを簡単に説明する。

第１図は従来の球かくレンズアンテナの垂直断面図であ
り、この球かくレンズアンテナはその中心線１に関して
回転対称である。

２は複数個の１次送信用素子アンテナ３を平面状に配列
してできた電子走査アレイアンテナで、各１次送信用素
子アンテナ３には給電位相を制御するための可変移相器
４および空間を介して供給される電力を受波するための
１次受信用素子アンテナ５が接続されている。

６は上記可変移相器４を制御するための位相量量子化制
御回路である。

７は上記電子走査アレイアンテナ２からの放射ビームを
受波するための複数個の２次受信用素子アンテナ、８は
複数個の２次送信用素子アンテナ９より放射されるビー
ムをある所望の方向に向かせるための固定移相器、１０
は２次受信用素子アンテナ７、固定移相器８および２次
送信用素子アンテナ９から構成されたレンズ素子、１１
は複数個のレンズ素子１０から構成された球かくレンズ
、１２はビームの伝搬力１向を表わす上記電子走査アレ
イアンテナ２の中心点Ｍから出る中心光線である。

１３は上記電子走査アレイアンテナ２へ空間を介して電
力を分配供給する電力分配用１次放射器である。

１４は上記電力分配用１次放射器１３へ電力を供給する
送信源である。

球かくレンズ１１は半球であり、レンズ素子１０を構成
する２次受信用素子アンテナ７と２次送信用素子アンテ
ナ９としては通常その指向性がほぼＣ０８ｎφ□（ｎ；
正の実数、φ；主放射方向からの角度）とみなせるもの
が用いられ、主放射方向（放射最大の方向；φ−〇）は
−直線上にあり、その主放射方向は電子走査アレイアン
テナ２の中心点Ｍに向いている。

この球かくレンズアンテナは以上のように構成されてい
るために１．電力分配用１次放射射器１３；からの放射
電力は電子走査アレイアンテナ２の各１次受信用素子ア
ンテナ５によって受波され、可変移相器４に到達する。

そして、位相量量子化制御回路６により可変移相器４が
制御され、各１次送信用素子アンテナ３の相対的な給電
位相が変化し、上記電子走査アレイアンテナ２からの放
射ビームの方向が変化する。

このとき、２次受信用素子アンテナ７は上記電子走査ア
レイアンテナ２からの放射ビームを受波し、この受波さ
れた電波は固定移相器８により位相変化を受け、２次送
信用素子アンテナ９を通って球かくレンズ１１外の空間
に放射される。

ところで、低サイドロープの放射パターンを得るために
は電子走査アレイアンテナ２での振幅分布を、たとえば
、テーラ−分布にするなど中心点Ｍ近傍で大きい振幅を
持つ分布にする。

このとき、中心点Ｍ近傍から出る光線の束は密度が大き
く、エネルギーが高い。

したがって、レンズ素子１０の方向を検討する場合に電
子走査アレイアンテナ２の中心点Ｍ近傍から出る光線の
束に着目することは妥当なことである。

以下、電子走査アレイアンテナ２の中心点Ｍ近傍から出
る光線の束の進む方向を中心光線１２で代表させ、中心
光線１２とレンズ素子１０との相対的位置関係について
述べる。

第１図の従来の球かくレンズアンテナでは、θべθ。

の場合、中心光線１２が当たるレンズ素子１０に関して
２次受信用素子アンテナ７は主放射方向で受波するか、
２次送信用素子アンテナ９はブロードサイドからの角度
θ。

方向に主放射方向でない方向で放射する。

レンズ素子１０の方向（主方射方向と一致）と中心光線
１２のなす入射角、屈折角が等しい場合、ｃｏｓｎφの
指向性を持つ２次受信用素子アンテナ７と２次送信用素
子アンテナ９で構成されたレンズ素子１０は最も有効に
ブロードサイドからの角度θ方向からの電力を受波し、
θ０方向に放射することは容易に証明されるので、第１
図の従来の球かくレンズアンテナではレンズ素子１０は
有効に電力を受波し、放射することにはならなく、この
ことはθ。

方向での利得が低下するという欠点があった。

この発明はこの欠点を除去するために、レンズ素子の方
向と中心光線のなす入射角、屈折角が等しくなるように
レンズ素子を設置した。

また、球かくレンズとしてその法線方向に対する中心光
線の入射角が等しくなる形状のものとし、レンズ素子の
方向を球かくレンズの法線方向と一致させるように設置
した。

以下図面について詳細に説明する。

第２図はこの発明の一実施例の垂直断面図である。

１〜１４は第１図のものと同じである。１５は２次受信
用素子アンテナ７．２次送信用素子アンテナ９の主放射
方向と一致したレンズ素子１０の方向を表わす線１５と
中心光線１２のなす入射角、屈折角は等しくθ、である
。

このとき、このレンズ素子１０は最も有効にブロードサ
イドからの角度θ方向からの電力を受波し θ。

方向に放射する。

なお、球かくレンズ１１での位相分布、すなわち、複数
個の固定移相器８での位相量が決まっている場合には電
子走査アレイアンテナ２の中心点Ｍから出る中心光線１
２は各走査ごとに一義的に決まり、第２図に示されたθ
。

より異った走査角の場合にはその場合の中心光線１２と
レンズ素子の方向を表わす線１５のなす入射角、屈折角
が決まり、それらの角度を等しくすると球かくレンズ１
１でのすべてのレンズ素子１０が設置される。

第３図はこの発明による他の実施例であり、１〜１４は
第１図のものと同じ、１５は第２図のものと同じである
。

１６は球かくレンズ１１の内面と外面の中間に設けられ
た球かくレンズの仮想面である。

球かくレンズの仮想面１６と電子走査アレイアンテナ２
の中心点Ｍとの距離のうち、ブロードサイドでの距離を
Ｒ８、ブロードサイドからの角度θ方向での距離をＲρ
）とすると、球かくレンズの仮想面１６の形状は、 で与えられる。

θとθ。は次式で結ばれている。θ＝Ｋ（θ）θ
（２）ただし、Ｋ（θ）は球かくレンズ１
１での位相分布に関係した量である。

球かくレンズの仮想面１６の形状が第１式で与えられる
場合にその法線方向にレンズ素子の方向を表わす線１５
を一致させると、上記レンズ素子の方向を表わす線１５
と中心光線１２のなす入射角、屈折角は等しくθ□にな
る。

すなわち、レンズ素子１０を球かくレンズ１１の面に垂
直に設置するとき、レンズ素子１０は最も有効にブロー
ドサイドからの角度θ方向からの電力を受波し、θ０方
向に放射する。

なお、以上は送信の場合について説明したが、この発明
は受信の場合に使用してもよい。

また、電子走査アレイアンテナとして平面状配列のアレ
イアンテナについて述べたが、任意の配列形状の場合に
も同様に実施できる。

以上のように、この発明ではレンズ素子の方向と中心光
線のなす入射角、屈折角が等しくなるようにレンズ素子
を設置するか、あるいは、球かくレンズとしてその法線
方向に対する中心光線の入射角と屈折角が等しくなる形
状のものとし、レンズ素子の方向を球かくレンズの法線
方向と一致させるように設置することにより、レンズ素
子は最も有効に電力を受波し、放射することができ、利
得低下を改善でき、このアンテナをレーダ用などに用い
ることによりその効果は著しく大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の球かくレンズアンテナの垂直断面図、第
２図はこの発明の一実施例を示す垂直断面図、第３図は
この発明による他の実施例の垂直断面図である。 図中、２は電子走査アレイアンテナ、３は１次送信用素
子アンテナ、４は可変移相器、５は１次受信用素子アン
テナ、６は位相量量子化制御回路、７は２次受信用素子
アンテナ、８は固定移相器、９は２次送信用素子アンテ
ナ、１０はレンズ素子、１１は球かくレンズ、１２は中
心光線、１３は電力分配用１次放射器、１４は送信源、
１５はレンズ素子の方向を表かす線、１６は球かくレン
ズの仮想図である。 なお、図中、同一あるいは相当部分には同一符号を付し
て示しである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の素子アンテナおよび上記素子アンテナそれ
   ぞれに対応して設けられた移相器とからなる電子走査ア
   レイアンテナと、上記電子走査アレイアンテナを覆い、
   かつ複数個のレンズ素子を有する球かくレンズとによっ
   て構成された球かくレンズアンテナにおいて、上記電子
   走査アレイアンテナの中心での素子アンテナから出る中
   心光線が上記球かくレンズに入射し、屈折する場合、上
   記レンズ素子の方向に対する入射角と屈折角が等しくな
   るように上記レンズ素子を設定したことを特徴とする球
   かくレンズアンテナ。 ２ 球かくレンズとしてその法績方向に対する中心光線
   の入射角と屈折角が等しくなる形状のものとし、レンズ
   素子を球かくレンズの法線方向に設置したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の球かくレンズアンテナ
   。