アンテナ装置
【課題】アンテナ装置におけるマグネトロンの出力の種類数及び総数を減らすこと。
【解決手段】 複数のアンテナをＮ周（Ｎ≧２）に亘って正六角形状に配置してなるアレイアンテナのアンテナを３つのアンテナグループに分ける。第１のアンテナグループ１０は、中央のアンテナからＭ周目（１≦Ｍ≦Ｎ−２）までのアンテナで構成する。第２のアンテナグループは、夫々、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個のアンテナからなる６Ｍ個のストレートアレイ２０で構成する。第３のアンテナグループは、夫々、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個のアンテナを正三角形状に配置してなる６個のトライアングルアレイで構成する。このようなアレイアンテナにおいて、第２及び第３のアンテナグループに関しては、ストレートアレイ２０又はトライアングルアレイ３０毎に一つのマグネトロンを対応させる。
【解決手段】 複数のアンテナをＮ周（Ｎ≧２）に亘って正六角形状に配置してなるアレイアンテナのアンテナを３つのアンテナグループに分ける。第１のアンテナグループ１０は、中央のアンテナからＭ周目（１≦Ｍ≦Ｎ−２）までのアンテナで構成する。第２のアンテナグループは、夫々、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個のアンテナからなる６Ｍ個のストレートアレイ２０で構成する。第３のアンテナグループは、夫々、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個のアンテナを正三角形状に配置してなる６個のトライアングルアレイで構成する。このようなアレイアンテナにおいて、第２及び第３のアンテナグループに関しては、ストレートアレイ２０又はトライアングルアレイ３０毎に一つのマグネトロンを対応させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナからなるアレイアンテナと、このアレイアンテナに対して電力を供給する電力源を備えたアンテナ装置に関し、特に、無線電力伝送に利用可能なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ある地点で発電した電力を他の地点に無線伝送する無線電力伝送技術、特にマイクロ波送電技術が注目を集めている（特許文献１）。この無線電力伝送技術においては、極めてシャープなアンテナ放射特性が要求されており、その実現のために、通常、アレイアンテナが採用されている。
【０００３】
この種のアレイアンテナは、同一形状の複数のアンテナを中央（１周目）に１個、２周目に６個、３周目に１２個、４周目に１８個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）となるようにして、Ｎ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って正六角形状に配置してなる。例えば、Ｎ＝１０の場合を考えると、Ｎ周目（正六角形の最外周）は５４個のアンテナで構成され、正六角形内には、総計２７１個のアンテナが配置される。
【０００４】
この種のアレイアンテナを備えるアンテナ装置において、中央に位置する１個のアンテナには最大電力が供給されており、外側の周になるに連れて低減された電力が供給される。なお、同一の周のアンテナには、すべて同じ電力が供給される。前述のＮ＝１０の場合を例にとると、１０周目には中央のほぼ１／１０の電力が供給される。
【０００５】
外側の周になるに連れてどの程度低減された電力を供給するかは、例えば、正規分布の確率密度関数曲線に従うものとする。詳しくは、中央のアンテナに１００Ｗの電力を供給する場合、２周目には９７Ｗ、３周目には８９Ｗ、４周目には７７Ｗ、５周目には６４Ｗ、６周目には４９Ｗ、７周目には３６Ｗ、８周目には２５Ｗ、９周目には１６Ｗ、そして最外周の１０周目には１０Ｗを供給する。
【０００６】
従来、電力源としては複数のマグネトロンを用いるものが知られている。これに関連して、所定数周目以降のアンテナについては、電力分配器を用いて電力分配を行うことにより、マグネトロンの必要総数をアンテナの総数よりも少なくすると共に、マグネトロンの出力の最大のものと最小のものとの差を小さくするといった手段も知られている。
【０００７】
例えば上記のＮ＝１０の場合を例にとると、１周目から６周目までは１個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、７周目においては２個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、８周目には３個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、９周目においては４個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、最外周の１０周目においては６個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付けることとしていた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の従来例の場合、マグネトロン間の出力差は小さくすることができる。しかし、そのためには、マグネトロンの出力を多数種類用意しなければならない。また、マグネトロンの総数も多い。
【００１０】
加えて、従来例の場合、多数種の電力分配器を用意する必要がある。前述したＮ＝１０の場合の電力供給例においては、７周目用として２電力分配器を、８周目用として３電力分配器を、９周目用として４電力分配器を、１０周目用として６電力分配器を用意しなければならない。そのうえ、電力分配器をなるべくアンテナ近傍に設けることで電力ロスを極力抑えようとすると、８周目用の３電力分配器に関しては、直線状に並んだ３本のアンテナに電力分配するものと“く”の字状に並んだ３本のアンテナに電力分配するとで形状の異なる電力分配器を使用せざるを得ない。
更には、形の違う電力分配器であっても位相特性などは他の電力分配器と併せなければならないため、各電力分配器毎に様々な固定移相器と可変移相器とを用いなければならない。
【００１１】
本発明は、上述した従来例の問題点を解消すべく、マグネトロンの出力の種類数及びマグネトロンの総数を減らしてなるアンテナ装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、同一形状の複数のアンテナをＮ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って六角形状に配置してなるアレイアンテナと、前記複数のアンテナに電力を供給する電力源手段とを備えるアンテナ装置を提供する。
このアンテナ装置において、前記複数のアンテナは、前記アレイアンテナにおける中央に１個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）配置されており、中央に位置する１個のアンテナには最大電力が供給され、同じ周のアンテナにはすべて同じ電力が供給される一方で外側の周になるに連れて低減された電力が供給されるように構成されており、且つ、前記複数のアンテナは、第１乃至第３のアンテナグループに分類されており、前記第１のアンテナグループは、前記アレイアンテナの中央からＭ周目（Ｍは１以上Ｎ−２以下の自然数）までを構成する所定数個のアンテナからなり、前記第２のアンテナグループは、６Ｍ組のストレートアレイからなり、前記ストレートアレイの夫々は、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個の前記アンテナからなり、前記第３のアンテナグループは、前記第１及び前記第２のアンテナグループに属さない前記アンテナにて構成された６個のトライアングルアレイからなり、前記各トライアングルアレイは、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個の前記アンテナを正三角形状に配置してなるものである。
前記電力源手段は、前記所定数個の第１の電力源、前記６Ｍ個の第２の電力源及び６個の第３の電力源並びに前記６Ｍ個の第１電力分配手段及び前記６個の第２電力分配手段を備えており、前記第１の電力源のそれぞれは、前記第１のアンテナグループに属する前記アンテナのそれぞれに対して一対一で電力を供給するものであり、前記第２の電力源のそれぞれは、前記第１電力分配手段を介して、前記ストレートアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものであり、前記第３の電力源のそれぞれは、前記第２電力分配手段を介して、前記トライアングルアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特に、Ｍ＋１周目以降のアンテナへ電力を供給するためのマグネトロンの出力の種類数を１種類または２種類に減らすことができ、マグネトロンの総数も６（Ｍ＋１）に減らすことができる。例えば、Ｎ＝１０且つＭ＝６の場合、７周目以降のマグネトロンの総数は４２個であり、従来例の５３個と比較して少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のアンテナ装置の実施の形態例を、図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態によるアンテナ装置は、アレイアンテナを有する。アレイアンテナは、同一形状の複数のアンテナを中央（１周目）に１個、２周目に６個、３周目に１２個、４周目に１８個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）となるようにして、Ｎ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って六角形状、好ましくは正六角形に配置してなるものである。
図１に示されるように、本実施形態におけるアレイアンテナは、具体的には、Ｎ＝１０の場合であって、Ｎ周目（正六角形の最外周）は５４個のアンテナで構成され、正六角形内には、総計２７１個のアンテナが配置されている。このアンテナ装置では、中央に位置する１個のアンテナに最大電力が供給される一方で、外側の周になるに連れて低減された電力が供給される。なお、同じ周のアンテナにはすべて同じ電力が供給される。これらの要素自体は、従来例と概略同じである。
【００１６】
図１に示されるように、アレイアンテナを構成する複数のアンテナは、第１乃至第３のアンテナグループに分類されている。
【００１７】
第１のアンテナグループ１０は、アレイアンテナの中央からＭ周目（Ｍは１以上Ｎ−２以下の自然数）までを構成する所定数個のアンテナからなる。図示された例はＭ＝６のケースである。
【００１８】
第２のアンテナグループは、６Ｍ組のストレートアレイ２０からなる。各ストレートアレイは、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個のアンテナからなる。本実施の形態は、Ｎ＝１０且つＭ＝６の場合であるので、ストレートアレイ２０の数は３６個であり、各ストレートアレイ２０を構成するアンテナの個数は４個である。
【００１９】
第３のアンテナグループは、第１のアンテナグループ１０にも第２のアンテナグループ（６Ｍ個のストレートアレイ２０）にも属さないアンテナにて構成された６個のトライアングルアレイ３０からなる。各トライアングルアレイ３０は、図２に示されるように、Ｍ＋２周目に１個、Ｍ＋３周目に２個、・・・Ｎ周目にＮ−Ｍ−１個のアンテナを配置して構成されたものであり、総計（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個のアンテナを正三角形状に配置してなるものである。本実施の形態は、Ｎ＝１０且つＭ＝６の場合であるので、本実施の形態のトライアングルアレイ３０においては、最外周（１０周目）に３個のアンテナが並んでおり、当該トライアングルアレイ３０におけるアンテナの総計は６個となっている。
【００２０】
第１のアンテナグループ１０に属するアンテナには、一対一でマグネトロンが接続されている。すなわち、第１のアンテナグループ１０に属するアンテナへ電力を供給するためのマグネトロンの総数は第１のアンテナグループ１０に属するアンテナの総数に等しい。各マグネトロンの出力は、接続されたアンテナの位置（何周目であるか）によって異なる。具体的な数値は従来例と同じであり、中央のアンテナに１００Ｗの電力を供給する場合、２周目には９７Ｗ、３周目には８９Ｗ、４周目には７７Ｗ、５周目には６４Ｗ、６周目には４９Ｗの電力が供給されている。
【００２１】
第２のアンテナグループに属するアンテナの場合、ストレートアレイ２０に対して一対一でマグネトロンが設けられる。すなわち、第２のアンテナグループに属するアンテナに電力を供給するマグネトロンの総数は、ストレートアレイ２０の総数である６Ｍ個である。より具体的には、本実施の形態の第２のアンテナグループに属するアンテナには、３６個のマグネトロンを用いて、電力供給がなされている。
【００２２】
一つのマグネトロンから各ストレートアレイ２０に電力を供給するためには、Ｎ−Ｍ分配器を用いる。本実施形態の場合、四分配器である。
【００２３】
四分配器は、図３に示されるように、Ｎ−Ｍ−１個、すなわち３個の分配器１０１〜１０３をパラマストーナメント状又はステップラダー状に接続して構成されている。
各分配器１０１〜１０３は、各分配器固有の電力分割比に従って電力を二分割するものであり、分割された電力の一方はアンテナ１３１〜１３３に供給され、他方は後段の分配器１０２，１０３又は最外周のアンテナ１３４に供給される。
本例では、ストレートアレイ２０用のマグネトロンから分配器１０１に供給される電力は８７Ｗであり、分配器１０１は、この電力を二分割して、３６Ｗを７周目のアンテナ１３１に供給し、残りの５１Ｗを次段の分配器１０２に供給している。
分配器１０２は、５１Ｗの電力を二分割し、２５Ｗを８周目のアンテナ１３２に供給し、残りの２６Ｗを次段の分配器１０３に供給している。分配器１０３は、２６Ｗを二分割し、１６Ｗを９周目のアンテナ１３３に供給し、残りの１０Ｗを１０周目のアンテナ１３４に供給している。すなわち、本実施形態のアンテナ装置においても、７周目のアンテナには３６Ｗ、８周目のアンテナには２５Ｗ、９周目のアンテナには１６Ｗ、そして最外周の１０周目のアンテナには１０Ｗが供給されている。この点も前述の従来例と同じである。
【００２４】
各分配器１０１〜１０３間並びに最終段の分配器１０３と最外周のアンテナ１３４との間には、可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３と固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３が挿入されている。ここで、固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３の移相量は、対応する可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３を当該可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３の調整可能範囲の中央に設定したとき、同一のストレートアレイに属するすべてのアンテナ１３１〜１３４に供給される信号が互いに同位相を有するようにして設定選択されている。
より具体的には、固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３は、各分配器１０１〜１０３、中央設定状態の可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３、固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３の位相の合計θ１、θ２、θ３がすべて２πの整数倍となるようにして設定されている。なお、本実施の形態による同一の分配器内の可変移相器（Ｖφ）については、すべてが一直線上にあるため基本的には同じ調整を行うことができる。すなわち、各アンテナ間の位相差を同一にすれば足りる。
【００２５】
第３のアンテナグループに属するアンテナの場合、トライアングルアレイ３０に対して一対一でマグネトロンが設けられる。すなわち、第３のアンテナグループに属するアンテナに電力を供給するマグネトロンの総数は、６個である。
【００２６】
各トライアングルアレイ３０を構成するアンテナの総数は（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２であるので、一つのマグネトロンから各トライアングルアレイ３０に属するアンテナに電力を供給するためには、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２分配器が用いられる。本実施の形態の場合、Ｎ＝１０且つＭ＝６であるので、各トライアングルアレイ３０用の分配器としては六分配器が用いられる。
【００２７】
六分配器は、例えば図４に示されるように、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１個、すなわち５個の分配器２０１〜２０５を用いて構成される。各分配器２０１〜２０５は、各分配器固有の電力分割比に従って電力を二分割する。各分配器２０１〜２０５は、所定の法則に基づいて接続されている。この接続ルールについては、後述する。
図４に示される通り、本例では、トライアングルアレイ用のマグネトロンは分配器２０１に８７Ｗの電力を供給しており、分配器２０１は、その８７Ｗを二分割して、２５Ｗを８周目のアンテナ２３１に供給し、６２Ｗを分配器２０２に供給する。分配器２０２は、６２Ｗの電力を二分割し、３２Ｗを分配器２０３に、残りの３０Ｗを分配器２０４に供給する。分配器２０３は、３２Ｗの電力を二分割して、９周目のアンテナ２３２及び２３３にそれぞれ１６Ｗずつ供給する。分配器２０４は、３０Ｗの電力を二分割し、１０Ｗを１０周目のアンテナ２３４に、残りの２０Ｗを分配器２０５に供給する。分配器２０５は、２０Ｗを二分割し、残りの１０周目のアンテナ２３５とアンテナ２３６に１０Ｗずつ供給する。
【００２８】
ここで図２を参照して、トライアングルアレイ３０における電力分配のルールについて、より詳しく説明する。
一つのトライアングルアレイ３０当たりの分配器の総数が｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝個であることは既に述べたとおりであるが、ここでは、便宜上、それぞれナンバリングして、第１番目乃至第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の分配器と呼ぶこととする。
【００２９】
この場合、第１番目の分配器は、トライアングルアレイ３０用のマグネトロンからの電力を二分割し、一方をＭ＋２周目のアンテナに供給すると共に、他方を第２番目の分配器に供給する（ルール１）。
【００３０】
第２番目の分配器は、第１番目の分配器から供給される電力を二分割し、第３番目の分配器と第４番目の分配器に供給する。以降、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋１｝番目（ｍは、２以上Ｎ−Ｍ−２以下の自然数）の分配器は、第｛（ｍ−１）（ｍ−２）／２＋１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋２｝番目の分配器に供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ＋１）／２＋１｝番目の分配器に供給する（ルール２）。
【００３１】
最外周以外の各周においては、次のルール３に従って電力分配が行われる。すなわち、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ｝番目（ｐは２以上ｍ−１以下の自然数）の分配器は、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ−１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方をＭ＋ｍ＋１周目に属するｍ個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ＋１｝番目の分配器に供給する。同様にして、第｛ｍ（ｍ＋１）／２｝番目の分配器は、第｛ｍ（ｍ＋１）／２−１｝番目の分配器からの電力を二分割し、Ｍ＋ｍ＋１周目に属する残りの２つの前記アンテナにそれぞれ供給する。
例えば、第３番目の分配器は、Ｍ＋３周目に対応するものであるが、Ｍ＋３周目には２本のアンテナしかないので、上記のルールに従えば、第３の分配器にはＭ＋３周目の２本のアンテナが接続されることとなる。ここまでで、最外周以外の周への電力分配についての説明がなされたこととなる。
【００３２】
最外周においては、ここに示すルール４に従って電力分配が行われる。すなわち、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋１｝番目の分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−３）（Ｎ−Ｍ−２）／２＋１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方をＮ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋２｝番目の分配器に供給する。以後、同様にして、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ｝番目（ｑは、２以上Ｎ−Ｍ−３以下）の分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ−１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方を前記Ｎ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ＋１｝番目の分配器に供給する。そして、第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−２｝番目の分配器からの電力を二分割し、Ｎ周目に属する残りの２つのアンテナにそれぞれ供給する。
【００３３】
この分配ルールについての理解を助けるべく、図５及び図６を用いて、総計１０個のアンテナからなるトライアングルアレイに関する電力分配例について更に説明する。
【００３４】
分配器２０１は、マグネトロンからの電力を二分割し、一方をＭ＋２周目のアンテナに供給し、他方を分配器２０２に供給する（ルール１）。分配器２０２は分配器２０１からの電力を分配器２０３及び分配器２０４に分配し、分配器２０４は分配器２０２からの電力を分配器２０５と分配器２０７とに分配する（ルール２）。分配器２０３はＭ＋３周目の２つのアンテナに電力を供給し、分配器２０５及び分配器２０６はＭ＋４周目の３つのアンテナに電力を供給する（ルール３）。そして、分配器２０７〜２０９は、ルール４に従い、Ｍ＋５周目（すなわち、Ｎ周目：最外周）の４つのアンテナに電力を供給する。
【００３５】
ここで再び図４を参照すると、分配器２０１〜２０５のうち、分配器２０１は８周目のアンテナ２３１用であり、分配器２０２及び分配器２０３は９周目のアンテナ２３２，２３３用であり、分配器２０４及び分配器２０５は１０周目のアンテナ２３４〜２３６用であることが理解される。すなわち、分配器２０１と分配器２０２とでは対応するアンテナの属する周が異なる。同様に、分配器２０２と分配器２０４とでは対応するアンテナの属する周が異なる。このように、アンテナの周を跨ぐような分配器間には可変移相器（Ｖφ）２１１〜２１２及び固定移相器（Ｆφ）２２１〜２２２が挿入されている。この可変移相器（Ｖφ）２１１〜２１２及び固定移相器（Ｆφ）２２１〜２２２の機能は、概略、前述の可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１１及び固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３と同じである。すなわち、周間の位相調整である。一方、固定移相器（Ｆφ）２４１や、固定移相器（Ｆφ）２４２及び２４３は、同一の周に属するアンテナにおける位相調整用である。同一の周に属するアンテナにおける位相調整用の場合、周間の位相調整とは異なり、可変移相器（Ｖφ）を用いていないが、これは、対応するアンテナがアレイの外周部に位置しており、もともと電力が小さいので、移相量による電力ロスは極微量として無視できるからである。
【００３６】
これら可変移相器（Ｖφ）及び固定移相器（Ｆφ）に関する事項は、図６に示される場合でも同じである。すなわち、分配器２０１と分配器２０２の間、分配器２０２と分配器２０４の間、分配器２０４と分配器２０７の間には、周間の位相調整用として、可変移相器（Ｖφ）２１１〜２１３及び固定移相器（Ｆφ）２２１〜２２３が挿入されている。その他の固定移相器（Ｆφ）２４１や、固定移相器（Ｆφ）２４２及び２４３、並びに固定移相器（Ｆφ）２４４〜２４６は、同一の周に属するアンテナにおける位相調整用である。
【００３７】
以上のようにアンテナ装置によれば、従来例と比較して分配器の設計が容易になるという利点もある。例えば、四分配器は３６個すべて同じ思想で設計可能であり、その設計思想も単純である。
【００３８】
次いで、電力分配器について図７乃至図１０を用いて説明する。図７は、クロスガイドカップラ型分配器を示し、図８は電界分割型分配器の原理を示す。図９及び図１０は、電界分割型分配器の一例についての上面図及び側面図である。
【００３９】
電力分割比が大きいところにはクロスガイドカップラ型分配器を使用し、電力分割比が小さいところには電界分割型分配器を使用する。目安となる電力分割比は例えば１：１０である。
【００４０】
図７を参照すると、クロスガイドカップラ型分配器において主電力入力から入った信号は、その殆どが主電力出力へと向かうが一部は分岐出力へ向かう。この割合（分割比）は、結合孔の大きさで自由に決めることができる。
なお、この種の分配器は方向性結合器とも呼ばれる。
【００４１】
図８に示されるように、電界分割型分配器は、原理的には、導波管内の電界を切断するような導体隔壁にて電力を分割するものである。この電界分割型分配器においては、導体隔壁の上下の寸法比にて電力分割比が決定される。なお、分割後のサブ導波管は、λｇ／４のステップ編成器を用いてサイズ調整され、サブ導波管の出力部の断面積は入力部の断面積に等しくなるように構成される。
【００４２】
図９及び図１０に示されるように、実際の電界分割型分配器においては、サブ導波管の一方はＨベンドを経て、主ライン（サブ導波管の他方を含む）から直角方向へ向けられている。このような形状によれば、クロスガイドカップラ型分配器と縦続接続しつつ、任意の分岐電力を取り出すことが可能となる。なお、アンテナに接続されるサブ導波管の出力部の形状は、すべて同じ形状となるようにする。
【００４３】
次いで、位相調整について図１１も参照して説明する。図１１は、固定移相器の構成例を示している。
【００４４】
アンテナ装置が受信アンテナの存在する方向に正しく向いている場合は、すべてのアンテナから同位相の信号を送信すればよいが、例えば、風で揺られた場合など、各アンテナの位相を調整しなければならない場合がある。
この場合、アレイアンテナの中央のアンテナから受信アンテナまでの距離と各アンテナから受信アンテナまでの距離との差分に相当する位相を各アンテナから出力される信号に与える必要がある。「差分」は、アレイアンテナの外周に向かうにつれて大きくなり、例えば、最外周のアンテナからの信号には非常に大きな位相調整を行わなければならない場合もある。本実施形態においては、第２のアンテナグループの場合にも第３のアンテナグループの場合にも、内周から外周に向かって電力を分配していっているので、その分配経路を利用し、内周から外周に向かうにつれて徐々に移相させることで、各周には累積した移相量が与えられることとして各移相器に高い能力を求めることなく必要な移相量を得ることとしている。例えば、図３に示される四分配器においては、可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３を用いていることから、最外周のアンテナ１３４へ与えられる移相量は、一つの可変移相器（Ｖφ）の３倍とすることができる。
【００４５】
なお、上記位相調整を行うと共に、分配器とアンテナとの直接接続を可能とするためには、例えば、図１１に示されるような固定移相器を用いればよい。図１１に示される固定移相器は、導波管のａ寸法を変えることにより、管内波長が変わり、この部分の長さにより位相長を変えることができる。ａ寸法の異なる所へのインピーダンス整合はλｇ／４のステップ編成器と同様な方法で行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態によるアンテナのグループ分けを示す図である。
【図２】図１に示されるトライアングルアレイを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による四分配器を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態による六分配器を示す図である。
【図５】１０個のアンテナからなるトライアングルアレイを示す図である。
【図６】図５に示されるトライアングルアレイ用の電力分配手段を示す図である。
【図７】クロスガイドカップラ型分配器を示す図である。
【図８】電界分割型分配器の原理を示す図である。
【図９】電界分割型分配器の一例についての上面図である。
【図１０】図９に示される電界分割型分配器の側面図である。
【図１１】固定移相器の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 第１のアンテナグループ
２０ ストレートアレイ
３０ トライアングルアレイ
１０１〜１０３ 分配器
１１１〜１１３ 可変移相器（Ｖφ）
１２１〜１２３ 固定移相器（Ｆφ）
１３１〜１３４ アンテナ
２０１〜２０９ 分配器
２１１〜２１３ 可変移相器（Ｖφ）
２２１〜２２３ 固定移相器（Ｆφ）
２３１〜２３６ アンテナ
２４１〜２４６ 固定移相器（Ｆφ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のアンテナからなるアレイアンテナと、このアレイアンテナに対して電力を供給する電力源を備えたアンテナ装置に関し、特に、無線電力伝送に利用可能なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ある地点で発電した電力を他の地点に無線伝送する無線電力伝送技術、特にマイクロ波送電技術が注目を集めている（特許文献１）。この無線電力伝送技術においては、極めてシャープなアンテナ放射特性が要求されており、その実現のために、通常、アレイアンテナが採用されている。
【０００３】
この種のアレイアンテナは、同一形状の複数のアンテナを中央（１周目）に１個、２周目に６個、３周目に１２個、４周目に１８個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）となるようにして、Ｎ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って正六角形状に配置してなる。例えば、Ｎ＝１０の場合を考えると、Ｎ周目（正六角形の最外周）は５４個のアンテナで構成され、正六角形内には、総計２７１個のアンテナが配置される。
【０００４】
この種のアレイアンテナを備えるアンテナ装置において、中央に位置する１個のアンテナには最大電力が供給されており、外側の周になるに連れて低減された電力が供給される。なお、同一の周のアンテナには、すべて同じ電力が供給される。前述のＮ＝１０の場合を例にとると、１０周目には中央のほぼ１／１０の電力が供給される。
【０００５】
外側の周になるに連れてどの程度低減された電力を供給するかは、例えば、正規分布の確率密度関数曲線に従うものとする。詳しくは、中央のアンテナに１００Ｗの電力を供給する場合、２周目には９７Ｗ、３周目には８９Ｗ、４周目には７７Ｗ、５周目には６４Ｗ、６周目には４９Ｗ、７周目には３６Ｗ、８周目には２５Ｗ、９周目には１６Ｗ、そして最外周の１０周目には１０Ｗを供給する。
【０００６】
従来、電力源としては複数のマグネトロンを用いるものが知られている。これに関連して、所定数周目以降のアンテナについては、電力分配器を用いて電力分配を行うことにより、マグネトロンの必要総数をアンテナの総数よりも少なくすると共に、マグネトロンの出力の最大のものと最小のものとの差を小さくするといった手段も知られている。
【０００７】
例えば上記のＮ＝１０の場合を例にとると、１周目から６周目までは１個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、７周目においては２個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、８周目には３個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、９周目においては４個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付け、最外周の１０周目においては６個のアンテナに対して１個のマグネトロンを対応付けることとしていた。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１８００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の従来例の場合、マグネトロン間の出力差は小さくすることができる。しかし、そのためには、マグネトロンの出力を多数種類用意しなければならない。また、マグネトロンの総数も多い。
【００１０】
加えて、従来例の場合、多数種の電力分配器を用意する必要がある。前述したＮ＝１０の場合の電力供給例においては、７周目用として２電力分配器を、８周目用として３電力分配器を、９周目用として４電力分配器を、１０周目用として６電力分配器を用意しなければならない。そのうえ、電力分配器をなるべくアンテナ近傍に設けることで電力ロスを極力抑えようとすると、８周目用の３電力分配器に関しては、直線状に並んだ３本のアンテナに電力分配するものと“く”の字状に並んだ３本のアンテナに電力分配するとで形状の異なる電力分配器を使用せざるを得ない。
更には、形の違う電力分配器であっても位相特性などは他の電力分配器と併せなければならないため、各電力分配器毎に様々な固定移相器と可変移相器とを用いなければならない。
【００１１】
本発明は、上述した従来例の問題点を解消すべく、マグネトロンの出力の種類数及びマグネトロンの総数を減らしてなるアンテナ装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、同一形状の複数のアンテナをＮ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って六角形状に配置してなるアレイアンテナと、前記複数のアンテナに電力を供給する電力源手段とを備えるアンテナ装置を提供する。
このアンテナ装置において、前記複数のアンテナは、前記アレイアンテナにおける中央に１個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）配置されており、中央に位置する１個のアンテナには最大電力が供給され、同じ周のアンテナにはすべて同じ電力が供給される一方で外側の周になるに連れて低減された電力が供給されるように構成されており、且つ、前記複数のアンテナは、第１乃至第３のアンテナグループに分類されており、前記第１のアンテナグループは、前記アレイアンテナの中央からＭ周目（Ｍは１以上Ｎ−２以下の自然数）までを構成する所定数個のアンテナからなり、前記第２のアンテナグループは、６Ｍ組のストレートアレイからなり、前記ストレートアレイの夫々は、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個の前記アンテナからなり、前記第３のアンテナグループは、前記第１及び前記第２のアンテナグループに属さない前記アンテナにて構成された６個のトライアングルアレイからなり、前記各トライアングルアレイは、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個の前記アンテナを正三角形状に配置してなるものである。
前記電力源手段は、前記所定数個の第１の電力源、前記６Ｍ個の第２の電力源及び６個の第３の電力源並びに前記６Ｍ個の第１電力分配手段及び前記６個の第２電力分配手段を備えており、前記第１の電力源のそれぞれは、前記第１のアンテナグループに属する前記アンテナのそれぞれに対して一対一で電力を供給するものであり、前記第２の電力源のそれぞれは、前記第１電力分配手段を介して、前記ストレートアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものであり、前記第３の電力源のそれぞれは、前記第２電力分配手段を介して、前記トライアングルアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特に、Ｍ＋１周目以降のアンテナへ電力を供給するためのマグネトロンの出力の種類数を１種類または２種類に減らすことができ、マグネトロンの総数も６（Ｍ＋１）に減らすことができる。例えば、Ｎ＝１０且つＭ＝６の場合、７周目以降のマグネトロンの総数は４２個であり、従来例の５３個と比較して少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のアンテナ装置の実施の形態例を、図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態によるアンテナ装置は、アレイアンテナを有する。アレイアンテナは、同一形状の複数のアンテナを中央（１周目）に１個、２周目に６個、３周目に１２個、４周目に１８個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）となるようにして、Ｎ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って六角形状、好ましくは正六角形に配置してなるものである。
図１に示されるように、本実施形態におけるアレイアンテナは、具体的には、Ｎ＝１０の場合であって、Ｎ周目（正六角形の最外周）は５４個のアンテナで構成され、正六角形内には、総計２７１個のアンテナが配置されている。このアンテナ装置では、中央に位置する１個のアンテナに最大電力が供給される一方で、外側の周になるに連れて低減された電力が供給される。なお、同じ周のアンテナにはすべて同じ電力が供給される。これらの要素自体は、従来例と概略同じである。
【００１６】
図１に示されるように、アレイアンテナを構成する複数のアンテナは、第１乃至第３のアンテナグループに分類されている。
【００１７】
第１のアンテナグループ１０は、アレイアンテナの中央からＭ周目（Ｍは１以上Ｎ−２以下の自然数）までを構成する所定数個のアンテナからなる。図示された例はＭ＝６のケースである。
【００１８】
第２のアンテナグループは、６Ｍ組のストレートアレイ２０からなる。各ストレートアレイは、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個のアンテナからなる。本実施の形態は、Ｎ＝１０且つＭ＝６の場合であるので、ストレートアレイ２０の数は３６個であり、各ストレートアレイ２０を構成するアンテナの個数は４個である。
【００１９】
第３のアンテナグループは、第１のアンテナグループ１０にも第２のアンテナグループ（６Ｍ個のストレートアレイ２０）にも属さないアンテナにて構成された６個のトライアングルアレイ３０からなる。各トライアングルアレイ３０は、図２に示されるように、Ｍ＋２周目に１個、Ｍ＋３周目に２個、・・・Ｎ周目にＮ−Ｍ−１個のアンテナを配置して構成されたものであり、総計（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個のアンテナを正三角形状に配置してなるものである。本実施の形態は、Ｎ＝１０且つＭ＝６の場合であるので、本実施の形態のトライアングルアレイ３０においては、最外周（１０周目）に３個のアンテナが並んでおり、当該トライアングルアレイ３０におけるアンテナの総計は６個となっている。
【００２０】
第１のアンテナグループ１０に属するアンテナには、一対一でマグネトロンが接続されている。すなわち、第１のアンテナグループ１０に属するアンテナへ電力を供給するためのマグネトロンの総数は第１のアンテナグループ１０に属するアンテナの総数に等しい。各マグネトロンの出力は、接続されたアンテナの位置（何周目であるか）によって異なる。具体的な数値は従来例と同じであり、中央のアンテナに１００Ｗの電力を供給する場合、２周目には９７Ｗ、３周目には８９Ｗ、４周目には７７Ｗ、５周目には６４Ｗ、６周目には４９Ｗの電力が供給されている。
【００２１】
第２のアンテナグループに属するアンテナの場合、ストレートアレイ２０に対して一対一でマグネトロンが設けられる。すなわち、第２のアンテナグループに属するアンテナに電力を供給するマグネトロンの総数は、ストレートアレイ２０の総数である６Ｍ個である。より具体的には、本実施の形態の第２のアンテナグループに属するアンテナには、３６個のマグネトロンを用いて、電力供給がなされている。
【００２２】
一つのマグネトロンから各ストレートアレイ２０に電力を供給するためには、Ｎ−Ｍ分配器を用いる。本実施形態の場合、四分配器である。
【００２３】
四分配器は、図３に示されるように、Ｎ−Ｍ−１個、すなわち３個の分配器１０１〜１０３をパラマストーナメント状又はステップラダー状に接続して構成されている。
各分配器１０１〜１０３は、各分配器固有の電力分割比に従って電力を二分割するものであり、分割された電力の一方はアンテナ１３１〜１３３に供給され、他方は後段の分配器１０２，１０３又は最外周のアンテナ１３４に供給される。
本例では、ストレートアレイ２０用のマグネトロンから分配器１０１に供給される電力は８７Ｗであり、分配器１０１は、この電力を二分割して、３６Ｗを７周目のアンテナ１３１に供給し、残りの５１Ｗを次段の分配器１０２に供給している。
分配器１０２は、５１Ｗの電力を二分割し、２５Ｗを８周目のアンテナ１３２に供給し、残りの２６Ｗを次段の分配器１０３に供給している。分配器１０３は、２６Ｗを二分割し、１６Ｗを９周目のアンテナ１３３に供給し、残りの１０Ｗを１０周目のアンテナ１３４に供給している。すなわち、本実施形態のアンテナ装置においても、７周目のアンテナには３６Ｗ、８周目のアンテナには２５Ｗ、９周目のアンテナには１６Ｗ、そして最外周の１０周目のアンテナには１０Ｗが供給されている。この点も前述の従来例と同じである。
【００２４】
各分配器１０１〜１０３間並びに最終段の分配器１０３と最外周のアンテナ１３４との間には、可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３と固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３が挿入されている。ここで、固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３の移相量は、対応する可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３を当該可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３の調整可能範囲の中央に設定したとき、同一のストレートアレイに属するすべてのアンテナ１３１〜１３４に供給される信号が互いに同位相を有するようにして設定選択されている。
より具体的には、固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３は、各分配器１０１〜１０３、中央設定状態の可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３、固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３の位相の合計θ１、θ２、θ３がすべて２πの整数倍となるようにして設定されている。なお、本実施の形態による同一の分配器内の可変移相器（Ｖφ）については、すべてが一直線上にあるため基本的には同じ調整を行うことができる。すなわち、各アンテナ間の位相差を同一にすれば足りる。
【００２５】
第３のアンテナグループに属するアンテナの場合、トライアングルアレイ３０に対して一対一でマグネトロンが設けられる。すなわち、第３のアンテナグループに属するアンテナに電力を供給するマグネトロンの総数は、６個である。
【００２６】
各トライアングルアレイ３０を構成するアンテナの総数は（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２であるので、一つのマグネトロンから各トライアングルアレイ３０に属するアンテナに電力を供給するためには、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２分配器が用いられる。本実施の形態の場合、Ｎ＝１０且つＭ＝６であるので、各トライアングルアレイ３０用の分配器としては六分配器が用いられる。
【００２７】
六分配器は、例えば図４に示されるように、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１個、すなわち５個の分配器２０１〜２０５を用いて構成される。各分配器２０１〜２０５は、各分配器固有の電力分割比に従って電力を二分割する。各分配器２０１〜２０５は、所定の法則に基づいて接続されている。この接続ルールについては、後述する。
図４に示される通り、本例では、トライアングルアレイ用のマグネトロンは分配器２０１に８７Ｗの電力を供給しており、分配器２０１は、その８７Ｗを二分割して、２５Ｗを８周目のアンテナ２３１に供給し、６２Ｗを分配器２０２に供給する。分配器２０２は、６２Ｗの電力を二分割し、３２Ｗを分配器２０３に、残りの３０Ｗを分配器２０４に供給する。分配器２０３は、３２Ｗの電力を二分割して、９周目のアンテナ２３２及び２３３にそれぞれ１６Ｗずつ供給する。分配器２０４は、３０Ｗの電力を二分割し、１０Ｗを１０周目のアンテナ２３４に、残りの２０Ｗを分配器２０５に供給する。分配器２０５は、２０Ｗを二分割し、残りの１０周目のアンテナ２３５とアンテナ２３６に１０Ｗずつ供給する。
【００２８】
ここで図２を参照して、トライアングルアレイ３０における電力分配のルールについて、より詳しく説明する。
一つのトライアングルアレイ３０当たりの分配器の総数が｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝個であることは既に述べたとおりであるが、ここでは、便宜上、それぞれナンバリングして、第１番目乃至第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の分配器と呼ぶこととする。
【００２９】
この場合、第１番目の分配器は、トライアングルアレイ３０用のマグネトロンからの電力を二分割し、一方をＭ＋２周目のアンテナに供給すると共に、他方を第２番目の分配器に供給する（ルール１）。
【００３０】
第２番目の分配器は、第１番目の分配器から供給される電力を二分割し、第３番目の分配器と第４番目の分配器に供給する。以降、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋１｝番目（ｍは、２以上Ｎ−Ｍ−２以下の自然数）の分配器は、第｛（ｍ−１）（ｍ−２）／２＋１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋２｝番目の分配器に供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ＋１）／２＋１｝番目の分配器に供給する（ルール２）。
【００３１】
最外周以外の各周においては、次のルール３に従って電力分配が行われる。すなわち、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ｝番目（ｐは２以上ｍ−１以下の自然数）の分配器は、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ−１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方をＭ＋ｍ＋１周目に属するｍ個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ＋１｝番目の分配器に供給する。同様にして、第｛ｍ（ｍ＋１）／２｝番目の分配器は、第｛ｍ（ｍ＋１）／２−１｝番目の分配器からの電力を二分割し、Ｍ＋ｍ＋１周目に属する残りの２つの前記アンテナにそれぞれ供給する。
例えば、第３番目の分配器は、Ｍ＋３周目に対応するものであるが、Ｍ＋３周目には２本のアンテナしかないので、上記のルールに従えば、第３の分配器にはＭ＋３周目の２本のアンテナが接続されることとなる。ここまでで、最外周以外の周への電力分配についての説明がなされたこととなる。
【００３２】
最外周においては、ここに示すルール４に従って電力分配が行われる。すなわち、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋１｝番目の分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−３）（Ｎ−Ｍ−２）／２＋１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方をＮ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋２｝番目の分配器に供給する。以後、同様にして、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ｝番目（ｑは、２以上Ｎ−Ｍ−３以下）の分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ−１｝番目の分配器からの電力を二分割し、一方を前記Ｎ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ＋１｝番目の分配器に供給する。そして、第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−２｝番目の分配器からの電力を二分割し、Ｎ周目に属する残りの２つのアンテナにそれぞれ供給する。
【００３３】
この分配ルールについての理解を助けるべく、図５及び図６を用いて、総計１０個のアンテナからなるトライアングルアレイに関する電力分配例について更に説明する。
【００３４】
分配器２０１は、マグネトロンからの電力を二分割し、一方をＭ＋２周目のアンテナに供給し、他方を分配器２０２に供給する（ルール１）。分配器２０２は分配器２０１からの電力を分配器２０３及び分配器２０４に分配し、分配器２０４は分配器２０２からの電力を分配器２０５と分配器２０７とに分配する（ルール２）。分配器２０３はＭ＋３周目の２つのアンテナに電力を供給し、分配器２０５及び分配器２０６はＭ＋４周目の３つのアンテナに電力を供給する（ルール３）。そして、分配器２０７〜２０９は、ルール４に従い、Ｍ＋５周目（すなわち、Ｎ周目：最外周）の４つのアンテナに電力を供給する。
【００３５】
ここで再び図４を参照すると、分配器２０１〜２０５のうち、分配器２０１は８周目のアンテナ２３１用であり、分配器２０２及び分配器２０３は９周目のアンテナ２３２，２３３用であり、分配器２０４及び分配器２０５は１０周目のアンテナ２３４〜２３６用であることが理解される。すなわち、分配器２０１と分配器２０２とでは対応するアンテナの属する周が異なる。同様に、分配器２０２と分配器２０４とでは対応するアンテナの属する周が異なる。このように、アンテナの周を跨ぐような分配器間には可変移相器（Ｖφ）２１１〜２１２及び固定移相器（Ｆφ）２２１〜２２２が挿入されている。この可変移相器（Ｖφ）２１１〜２１２及び固定移相器（Ｆφ）２２１〜２２２の機能は、概略、前述の可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１１及び固定移相器（Ｆφ）１２１〜１２３と同じである。すなわち、周間の位相調整である。一方、固定移相器（Ｆφ）２４１や、固定移相器（Ｆφ）２４２及び２４３は、同一の周に属するアンテナにおける位相調整用である。同一の周に属するアンテナにおける位相調整用の場合、周間の位相調整とは異なり、可変移相器（Ｖφ）を用いていないが、これは、対応するアンテナがアレイの外周部に位置しており、もともと電力が小さいので、移相量による電力ロスは極微量として無視できるからである。
【００３６】
これら可変移相器（Ｖφ）及び固定移相器（Ｆφ）に関する事項は、図６に示される場合でも同じである。すなわち、分配器２０１と分配器２０２の間、分配器２０２と分配器２０４の間、分配器２０４と分配器２０７の間には、周間の位相調整用として、可変移相器（Ｖφ）２１１〜２１３及び固定移相器（Ｆφ）２２１〜２２３が挿入されている。その他の固定移相器（Ｆφ）２４１や、固定移相器（Ｆφ）２４２及び２４３、並びに固定移相器（Ｆφ）２４４〜２４６は、同一の周に属するアンテナにおける位相調整用である。
【００３７】
以上のようにアンテナ装置によれば、従来例と比較して分配器の設計が容易になるという利点もある。例えば、四分配器は３６個すべて同じ思想で設計可能であり、その設計思想も単純である。
【００３８】
次いで、電力分配器について図７乃至図１０を用いて説明する。図７は、クロスガイドカップラ型分配器を示し、図８は電界分割型分配器の原理を示す。図９及び図１０は、電界分割型分配器の一例についての上面図及び側面図である。
【００３９】
電力分割比が大きいところにはクロスガイドカップラ型分配器を使用し、電力分割比が小さいところには電界分割型分配器を使用する。目安となる電力分割比は例えば１：１０である。
【００４０】
図７を参照すると、クロスガイドカップラ型分配器において主電力入力から入った信号は、その殆どが主電力出力へと向かうが一部は分岐出力へ向かう。この割合（分割比）は、結合孔の大きさで自由に決めることができる。
なお、この種の分配器は方向性結合器とも呼ばれる。
【００４１】
図８に示されるように、電界分割型分配器は、原理的には、導波管内の電界を切断するような導体隔壁にて電力を分割するものである。この電界分割型分配器においては、導体隔壁の上下の寸法比にて電力分割比が決定される。なお、分割後のサブ導波管は、λｇ／４のステップ編成器を用いてサイズ調整され、サブ導波管の出力部の断面積は入力部の断面積に等しくなるように構成される。
【００４２】
図９及び図１０に示されるように、実際の電界分割型分配器においては、サブ導波管の一方はＨベンドを経て、主ライン（サブ導波管の他方を含む）から直角方向へ向けられている。このような形状によれば、クロスガイドカップラ型分配器と縦続接続しつつ、任意の分岐電力を取り出すことが可能となる。なお、アンテナに接続されるサブ導波管の出力部の形状は、すべて同じ形状となるようにする。
【００４３】
次いで、位相調整について図１１も参照して説明する。図１１は、固定移相器の構成例を示している。
【００４４】
アンテナ装置が受信アンテナの存在する方向に正しく向いている場合は、すべてのアンテナから同位相の信号を送信すればよいが、例えば、風で揺られた場合など、各アンテナの位相を調整しなければならない場合がある。
この場合、アレイアンテナの中央のアンテナから受信アンテナまでの距離と各アンテナから受信アンテナまでの距離との差分に相当する位相を各アンテナから出力される信号に与える必要がある。「差分」は、アレイアンテナの外周に向かうにつれて大きくなり、例えば、最外周のアンテナからの信号には非常に大きな位相調整を行わなければならない場合もある。本実施形態においては、第２のアンテナグループの場合にも第３のアンテナグループの場合にも、内周から外周に向かって電力を分配していっているので、その分配経路を利用し、内周から外周に向かうにつれて徐々に移相させることで、各周には累積した移相量が与えられることとして各移相器に高い能力を求めることなく必要な移相量を得ることとしている。例えば、図３に示される四分配器においては、可変移相器（Ｖφ）１１１〜１１３を用いていることから、最外周のアンテナ１３４へ与えられる移相量は、一つの可変移相器（Ｖφ）の３倍とすることができる。
【００４５】
なお、上記位相調整を行うと共に、分配器とアンテナとの直接接続を可能とするためには、例えば、図１１に示されるような固定移相器を用いればよい。図１１に示される固定移相器は、導波管のａ寸法を変えることにより、管内波長が変わり、この部分の長さにより位相長を変えることができる。ａ寸法の異なる所へのインピーダンス整合はλｇ／４のステップ編成器と同様な方法で行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態によるアンテナのグループ分けを示す図である。
【図２】図１に示されるトライアングルアレイを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による四分配器を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態による六分配器を示す図である。
【図５】１０個のアンテナからなるトライアングルアレイを示す図である。
【図６】図５に示されるトライアングルアレイ用の電力分配手段を示す図である。
【図７】クロスガイドカップラ型分配器を示す図である。
【図８】電界分割型分配器の原理を示す図である。
【図９】電界分割型分配器の一例についての上面図である。
【図１０】図９に示される電界分割型分配器の側面図である。
【図１１】固定移相器の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 第１のアンテナグループ
２０ ストレートアレイ
３０ トライアングルアレイ
１０１〜１０３ 分配器
１１１〜１１３ 可変移相器（Ｖφ）
１２１〜１２３ 固定移相器（Ｆφ）
１３１〜１３４ アンテナ
２０１〜２０９ 分配器
２１１〜２１３ 可変移相器（Ｖφ）
２２１〜２２３ 固定移相器（Ｆφ）
２３１〜２３６ アンテナ
２４１〜２４６ 固定移相器（Ｆφ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一形状の複数のアンテナをＮ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って六角形状に配置してなるアレイアンテナと、前記複数のアンテナに電力を供給する電力源手段とを備えるアンテナ装置であって、
前記複数のアンテナは前記アレイアンテナにおける中央に１個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）配置されており、
中央に位置する１個のアンテナには最大電力が供給され、同じ周のアンテナにはすべて同じ電力が供給される一方で外側の周になるに連れて低減された電力が供給されるように構成されており、且つ、
前記複数のアンテナは、第１乃至第３のアンテナグループに分類されており、
前記第１のアンテナグループは、前記アレイアンテナの中央からＭ周目（Ｍは１以上Ｎ−２以下の自然数）までを構成する所定数個のアンテナからなり、
前記第２のアンテナグループは、６Ｍ組のストレートアレイからなり、
前記ストレートアレイの夫々は、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個の前記アンテナからなり、
前記第３のアンテナグループは、前記第１及び前記第２のアンテナグループに属さない前記アンテナにて構成された６個のトライアングルアレイからなり、
前記各トライアングルアレイは、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個の前記アンテナを正三角形状に配置してなるものであり、
前記電力源手段は、
前記所定数個の第１の電力源、前記６Ｍ個の第２の電力源及び６個の第３の電力源並びに前記６Ｍ個の第１電力分配手段及び前記６個の第２電力分配手段を備えており、
前記第１の電力源のそれぞれは、前記第１のアンテナグループに属する前記アンテナのそれぞれに対して一対一で電力を供給するものであり、
前記第２の電力源のそれぞれは、前記第１電力分配手段を介して、前記ストレートアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものであり、
前記第３の電力源のそれぞれは、前記第２電力分配手段を介して、前記トライアングルアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものである、
アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１電力分配手段は、電力を二分割するＮ−Ｍ−１個の電力分配器をステップラダー状に接続するようにして構成されている、
請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１電力分配手段において、直近の２つの前記電力分配器の間及びＮ周目の前記アンテナと当該アンテナに対して電力を供給する前記電力分配器との間には、それぞれ、可変移相器及び固定移相器が挿入されている、
請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記固定移相器は、対応する前記可変移相器を当該可変移相器の調整可能範囲の中央に設定したとき、関連する前記ストレートアレイに属するすべての前記アンテナに供給される信号が同位相を有するようにして選択設定されている、
請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第２電力分配手段は、電力を二分割する第１番目乃至第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の電力分配器を備えており、
前記第１番目の電力分配器は、
前記第３の電力源からの電力を二分割し、一方をＭ＋２周目の前記アンテナに供給すると共に、他方を第２番目の電力分配器に供給し、
第｛ｍ（ｍ−１）／２＋１｝番目（ｍは、２以上Ｎ−Ｍ−２以下の自然数）の電力分配器は、第｛（ｍ−１）（ｍ−２）／２＋１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋２｝番目の電力分配器に供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ＋１）／２＋１｝番目の電力分配器に供給し、
前記第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ｝番目（ｐは２以上ｍ−１以下の自然数）の電力分配器は、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ−１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方をＭ＋ｍ＋１周目に属するｍ個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ＋１｝番目の電力分配器に供給し、
第｛ｍ（ｍ＋１）／２｝番目の電力分配器は、第｛ｍ（ｍ＋１）／２−１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、前記Ｍ＋ｍ＋１周目に属する残りの２つの前記アンテナにそれぞれ供給し、
第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋１｝番目の電力分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−３）（Ｎ−Ｍ−２）／２＋１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方を前記Ｎ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋２｝番目の電力分配器に供給し、
第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ｝番目（ｑは、２以上Ｎ−Ｍ−３以下）の電力分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ−１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方を前記Ｎ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ＋１｝番目の電力分配器に供給し、
前記第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の電力分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−２｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、前記Ｎ周目に属する残りの２つの前記アンテナにそれぞれ供給する、
請求項１乃至４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１電力分配手段又は前記第２電力分配手段は、電力分配比が所定値：１を超える場合には、クロスガイドカップラ型の方向性結合器にて構成され、電力分配比が前記所定値：１以下の場合には、導波管の電界方向と直交する面に導体面を配し且つ当該導体面の上側と下側に電力を分割する電界分割型電力分配器にて構成される、
請求項１乃至５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記電界分割型電力分配器における前記導体面の位置は、所望とする電力分配比を満たすようにして選択されており、
前記電界分割型電力分配器は、前記導体面により二つのサブ導波管に分割された後、λｇ／４（λｇは前記導波管の管内波長）のステップ編成器にて前記サブ導波管の夫々の高さを拡大することにより、前記サブ導波管のそれぞれの出口の開口面積を当該電界分割型電力分配器の入力側の開口面積と等しくするようにして構成されている、
請求項６記載のアンテナ装置。
【請求項１】
同一形状の複数のアンテナをＮ周（Ｎは２以上の自然数）に亘って六角形状に配置してなるアレイアンテナと、前記複数のアンテナに電力を供給する電力源手段とを備えるアンテナ装置であって、
前記複数のアンテナは前記アレイアンテナにおける中央に１個、ｎ周目に６×（ｎ−１）個（ｎは２以上Ｎ以下の自然数）配置されており、
中央に位置する１個のアンテナには最大電力が供給され、同じ周のアンテナにはすべて同じ電力が供給される一方で外側の周になるに連れて低減された電力が供給されるように構成されており、且つ、
前記複数のアンテナは、第１乃至第３のアンテナグループに分類されており、
前記第１のアンテナグループは、前記アレイアンテナの中央からＭ周目（Ｍは１以上Ｎ−２以下の自然数）までを構成する所定数個のアンテナからなり、
前記第２のアンテナグループは、６Ｍ組のストレートアレイからなり、
前記ストレートアレイの夫々は、Ｍ＋１周目からＮ周目まで各周１個ずつ直線をなすようにして選択されたＮ−Ｍ個の前記アンテナからなり、
前記第３のアンテナグループは、前記第１及び前記第２のアンテナグループに属さない前記アンテナにて構成された６個のトライアングルアレイからなり、
前記各トライアングルアレイは、（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２個の前記アンテナを正三角形状に配置してなるものであり、
前記電力源手段は、
前記所定数個の第１の電力源、前記６Ｍ個の第２の電力源及び６個の第３の電力源並びに前記６Ｍ個の第１電力分配手段及び前記６個の第２電力分配手段を備えており、
前記第１の電力源のそれぞれは、前記第１のアンテナグループに属する前記アンテナのそれぞれに対して一対一で電力を供給するものであり、
前記第２の電力源のそれぞれは、前記第１電力分配手段を介して、前記ストレートアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものであり、
前記第３の電力源のそれぞれは、前記第２電力分配手段を介して、前記トライアングルアレイのそれぞれに属する前記アンテナに共通して電力を供給するものである、
アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１電力分配手段は、電力を二分割するＮ−Ｍ−１個の電力分配器をステップラダー状に接続するようにして構成されている、
請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１電力分配手段において、直近の２つの前記電力分配器の間及びＮ周目の前記アンテナと当該アンテナに対して電力を供給する前記電力分配器との間には、それぞれ、可変移相器及び固定移相器が挿入されている、
請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記固定移相器は、対応する前記可変移相器を当該可変移相器の調整可能範囲の中央に設定したとき、関連する前記ストレートアレイに属するすべての前記アンテナに供給される信号が同位相を有するようにして選択設定されている、
請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第２電力分配手段は、電力を二分割する第１番目乃至第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の電力分配器を備えており、
前記第１番目の電力分配器は、
前記第３の電力源からの電力を二分割し、一方をＭ＋２周目の前記アンテナに供給すると共に、他方を第２番目の電力分配器に供給し、
第｛ｍ（ｍ−１）／２＋１｝番目（ｍは、２以上Ｎ−Ｍ−２以下の自然数）の電力分配器は、第｛（ｍ−１）（ｍ−２）／２＋１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋２｝番目の電力分配器に供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ＋１）／２＋１｝番目の電力分配器に供給し、
前記第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ｝番目（ｐは２以上ｍ−１以下の自然数）の電力分配器は、第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ−１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方をＭ＋ｍ＋１周目に属するｍ個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛ｍ（ｍ−１）／２＋ｐ＋１｝番目の電力分配器に供給し、
第｛ｍ（ｍ＋１）／２｝番目の電力分配器は、第｛ｍ（ｍ＋１）／２−１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、前記Ｍ＋ｍ＋１周目に属する残りの２つの前記アンテナにそれぞれ供給し、
第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋１｝番目の電力分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−３）（Ｎ−Ｍ−２）／２＋１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方を前記Ｎ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋２｝番目の電力分配器に供給し、
第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ｝番目（ｑは、２以上Ｎ−Ｍ−３以下）の電力分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ−１｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、一方を前記Ｎ周目に属するＮ−Ｍ−１個のアンテナのうちの一つのアンテナに供給すると共に、他方を第｛（Ｎ−Ｍ−２）（Ｎ−Ｍ−１）／２＋ｑ＋１｝番目の電力分配器に供給し、
前記第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−１｝番目の電力分配器は、第｛（Ｎ−Ｍ）（Ｎ−Ｍ−１）／２−２｝番目の電力分配器からの電力を二分割し、前記Ｎ周目に属する残りの２つの前記アンテナにそれぞれ供給する、
請求項１乃至４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１電力分配手段又は前記第２電力分配手段は、電力分配比が所定値：１を超える場合には、クロスガイドカップラ型の方向性結合器にて構成され、電力分配比が前記所定値：１以下の場合には、導波管の電界方向と直交する面に導体面を配し且つ当該導体面の上側と下側に電力を分割する電界分割型電力分配器にて構成される、
請求項１乃至５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記電界分割型電力分配器における前記導体面の位置は、所望とする電力分配比を満たすようにして選択されており、
前記電界分割型電力分配器は、前記導体面により二つのサブ導波管に分割された後、λｇ／４（λｇは前記導波管の管内波長）のステップ編成器にて前記サブ導波管の夫々の高さを拡大することにより、前記サブ導波管のそれぞれの出口の開口面積を当該電界分割型電力分配器の入力側の開口面積と等しくするようにして構成されている、
請求項６記載のアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１３３２１（Ｐ２００７−１３３２１Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８８５７７（Ｐ２００５−１８８５７７）
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース (298)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２８日（２００５．６．２８）
【出願人】（０００２１９００４）島田理化工業株式会社 (205)
【出願人】（５００３０２５５２）株式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペース (298)
【Ｆターム（参考）】
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