アンテナ装置
【課題】交差偏波の主ビームを主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けて、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【解決手段】Ｎ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法が、一次放射器１から当該反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌｙｎに設定され、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、同一の寸法Ｌ０に設定されている
【解決手段】Ｎ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法が、一次放射器１から当該反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌｙｎに設定され、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、同一の寸法Ｌ０に設定されている
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡において、主偏波のビーム方向付近における交差偏波レベルの低減を図ることが可能なアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衛星搭載用アンテナとして、パラボラアンテナやフェーズドアレーアンテナが知られている。
近年では、パラボラアンテナと比較して、製造が容易でかつ高利得が期待でき、また、フェーズドアレーアンテナのような高価で重いモジュールを用いずにビーム走査が可能なアンテナとしてリフレクトアレーアンテナが注目を集めている。
【０００３】
衛星搭載用アンテナでは、交差偏波レベルを下げることで不要な電波を受信せずに、アンテナ性能や通信品質を向上させることが重要である。
ここで、リフレクトアレーアンテナは、電波を放射する一次放射器と、その一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡とから構成されているアンテナ装置であり、また、リフレクトアレーアンテナの平面反射鏡は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、その誘電体基板上に導体パターンである反射素子が複数個配置されて構成されている。
【０００４】
一次放射器から放射された電波は、平面反射鏡に並べられている複数の反射素子に反射されて、所望方向にビームが向けられるが、平面反射鏡に並べられている複数の反射素子は、それぞれが特有の反射位相を有している。
平面反射鏡には、一次放射器からの光路長が一定となるような反射位相を有する反射素子が複数個配置されることで、一次放射器から放射された電波のビームが所望方向に向けられる。
【０００５】
非特許文献１には、反射素子としてパッチアンテナを使用し、そのパッチアンテナの寸法を適宜変更することで、反射位相を調整する方式が開示されている。
なお、反射素子の寸法を適宜変更することで反射位相を調整する場合、全ての反射素子における主偏波方向及び交差偏波方向の寸法が、同一の寸法に設定されることが一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M.E.Bialkowski，K.H.Sayidmarie，“Investigations Into Phase Characteristics of a Single Layer Reflectarray Employing Patch or Ring Elements of Variable Size，”IEEE Trans. On Ant. and Propagation，Vol. 56，No. 11，Nov. 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、主偏波の主ビームを所望方向に向けるために反射素子の反射位相を調整する際、全ての反射素子における主偏波方向及び交差偏波方向の寸法が同一の寸法に設定されることに起因して、主偏波と交差偏波が同一の反射位相で平面反射鏡から反射される。そのため、主偏波のみならず、交差偏波も同一の反射位相になるため、主偏波の主ビーム方向ではヌル、主ビーム方向の近傍では高いレベルの交差偏波の主ビームが現れてしまうなどの課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、交差偏波の主ビームを主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けて、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るアンテナ装置は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、その誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されることで、平面反射鏡が構成されており、複数の反射素子における主偏波方向の寸法が、一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、複数の反射素子における交差偏波方向の寸法が、同一の寸法に設定されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、その誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されることで、平面反射鏡が構成されており、複数の反射素子における主偏波方向の寸法が、一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、複数の反射素子における交差偏波方向の寸法が、同一の寸法に設定されているように構成したので、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けられるようになり、その結果、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】ｎ番目の反射素子５ｎが配置されている位置の座標（ｘｎ，ｙｎ）とｎ番目の反射素子５ｎによる主偏波の主ビーム方向８を示す説明図である。
【図３】一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる交差偏波方向の位相分布を示す説明図である。
【図４】一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる主偏波方向の位相分布を示す説明図である。
【図５】反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図６】図２の平面反射鏡２におけるｙｚ面内の放射特性を示す説明図である。
【図７】交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合の交差偏波方向７の位相分布を示す説明図である。
【図８】任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示す斜視図である。
【図９】任意の幅Ｗを有する２重のリング状の反射素子５を示す斜視図である。
【図１０】２つのダイポールを直交させた任意の幅Ｗを有するクロスダイポールとなる反射素子５を示す斜視図である。
【図１１】任意の幅Ｗのスロットが施された矩形の反射素子５を示す斜視図である。
【図１２】図１０のクロスダイポールが任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１４】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１５】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１６】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１７】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１８】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１９】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図２０】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１において、一次放射器１は電波を放射する機器であり、平面反射鏡２の開口からオフセットさせた位置に配置されている。
図１では、一次放射器１が平面反射鏡２の下側にオフセットされた位置に配置されている例を示しているが、下側に限るものではなく、上側や左側あるいは右側にオフセットされた位置に配置されていてもよい。
一次放射器１が平面反射鏡２の開口からオフセットさせた位置に配置されることで、平面反射鏡２により反射された電波が一次放射器１に重なってしまうなどの状況の発生を防止することができるが、例えば、主偏波の主ビーム方向が一次放射器１に重ならない等の場合には、一次放射器１が平面反射鏡２の開口の前面に配置されていてもよい。この場合、アンテナ装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００１３】
この実施の形態１では、一次放射器１から放射された電波を平面反射鏡２が反射して、電波のビームを所望方向に向けるアンテナ装置について説明するが、平面反射鏡２が所望方向から到来する電波を一次放射器１に向けて反射するようにしてもよい。
この場合、一次放射器１は、電波を受信する受信機器として作用する。
【００１４】
平面反射鏡２は、導体地板３の上に誘電体基板４が重ねられ、その誘電体基板４上に導体パターンである反射素子５が所定の間隔でＮ個配置されることで構成されている。
以下、Ｎ個の反射素子５を区別するために、各々の反射素子の符号を５ｎとして識別する。ｎ＝１，２，・・・，Ｎである。
反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎについては、一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる反射位相φ、即ち、一次放射器１から反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）に設定されている。
また、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎについては、一定の反射位相になるように、全ての反射素子５ｎにおいて同一の寸法Ｌ０に設定されている。
なお、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎは固定長（同一の寸法Ｌ０）であるが、図１の例では、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎが電波の略半波長に設定されている。
【００１５】
図２はｎ番目の反射素子５ｎが配置されている位置の座標（ｘｎ，ｙｎ）とｎ番目の反射素子５ｎによる主偏波の主ビーム方向８を示す説明図である。
なお、主偏波の主ビーム方向８は所望方向に調整されており、所望方向のビーム走査位相はθｂ，φｂで表される。
ただし、図２では、図面の簡略化のため、反射素子５ｎの記述を省略している。
【００１６】
次に動作について説明する。
一次放射器１から放射された電波は、平面反射鏡２の誘電体基板４上に配置されているＮ個の反射素子５ｎに反射されて、ビームが所望方向に向けられる（主偏波の主ビーム方向８が所望方向に向けられる）。
【００１７】
この実施の形態１では、主偏波の主ビーム方向８を所望方向に向けるために、所定の間隔で配置されているＮ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと、交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとを以下のように設定している。
ただし、この実施の形態１では、全ての反射素子５ｎにおいて、主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとが同一の寸法に設定されることに起因する不具合（主偏波の主ビーム方向ではヌル、主ビーム方向の近傍では高いレベルの交差偏波の主ビームが現れてしまう不具合）の発生を防止するため、全ての反射素子５ｎにおいて、主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとが同一の寸法に設定されないようにしている。
【００１８】
（１）反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎ
まず、平面反射鏡２の誘電体基板４上に所定の間隔で配置されるＮ個の反射素子５ｎについて、平面反射鏡２における反射素子５ｎの配置位置（ｘ座標、ｙ座標）である座標（ｘｎ，ｙｎ）を特定する。
次に、各々の反射素子５ｎの配置位置と一次放射器１の配置位置から、一次放射器１から各々の反射素子５ｎまでの距離ｄｎを特定する。
次に、主偏波の主ビーム方向８を向ける方向（所望方向）を表すビーム走査位相θｂ，φｂを特定する。
【００１９】
上記のようにして、各々の反射素子５ｎが配置される座標（ｘｎ，ｙｎ）、一次放射器１からの距離ｄｎ及びビーム走査位相θｂ，φｂを特定すると、これらを下記の式（１）に代入することで、一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる各々の反射素子５ｎの反射位相φを算出する。
φ＝ｋ０ｄｎ−ｋ０（ｘｎｓｉｎθｂｃｏｓφｂ＋ｙｎｓｉｎθｂｓｉｎφｂ）
（１）
ただし、ｋ０は自由空間における波数である。
【００２０】
ここで、図３は一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる交差偏波方向の位相分布を示す説明図である。
また、図４は一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる主偏波方向の位相分布を示す説明図である。
【００２１】
上記のようにして、反射素子５ｎの反射位相φを算出すると、その反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）を反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎとして設定する。
図５は反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図５から明らかなように、反射素子５ｎの反射位相φから反射素子５ｎの寸法を一意に決定することができる。換言すると、反射素子５ｎの寸法を変更すれば、反射素子５ｎの反射位相φを調整することができる。
したがって、具体的には、図５に示すような対応関係を予め用意し、その対応関係を参照して、反射素子５ｎの反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）を特定し、その寸法Ｌ（ｎ）を反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎとして設定すればよい。
【００２２】
（２）反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎ
反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎについては、一定の反射位相になるように、全ての反射素子５ｎにおいて同一の寸法Ｌ０に設定する。
具体的には、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎを電波の略半波長に設定する。
【００２３】
反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとを上記のようにして設定して、それらの反射素子５ｎを平面反射鏡２の誘電体基板４上に所定の間隔で配置すると、一次放射器１から放射された電波が平面反射鏡２に反射されて、その電波のビームが所望方向に向けられる。
【００２４】
ここで、図６は図２の平面反射鏡２におけるｙｚ面内の放射特性を示す説明図である。
図６において、Ａは主偏波のビームの放射特性を表し、Ｂは主偏波方向６の寸法と交差偏波方向７の寸法とを同一寸法に設定した場合の交差偏波のビームの放射特性を表している。
また、Ｃは交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合の交差偏波のビームの放射特性を表している。
図６から明らかなように、主偏波方向６の寸法と交差偏波方向７の寸法とを同一寸法に設定した場合、主偏波の主ビーム方向にヌル、その主ビーム方向の近傍に大きいレベルの交差偏波の主ビームが存在することが分かる。
一方、交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向に向かないため、交差偏波レベルの低減が可能である。
なお、図７は交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合の交差偏波方向７の位相分布を示す説明図である。
図７に示すように、交差偏波方向７の位相分布は一定である。
【００２５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、導体地板３の上に誘電体基板４が重ねられ、その誘電体基板４上に導体パターンである反射素子５ｎが所定の間隔でＮ個配置されることで、平面反射鏡２が構成されており、Ｎ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法が、一次放射器１から当該反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌｙｎに設定され、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、同一の寸法Ｌ０に設定されているように構成したので、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けられるようになり、その結果、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができる効果を奏する。
【００２６】
また、この実施の形態１によれば、平面反射鏡２の開口からオフセットさせた位置に一次放射器１が配置されているように構成したので、平面反射鏡２により反射された電波が一次放射器１に重なってしまうなどの状況の発生を防止することができるようになり、ビームを向ける方向の自由度を高めることができる効果を奏する。
【００２７】
一方、平面反射鏡２の開口の前面に一次放射器１が配置されているように構成した場合、アンテナ装置の設置スペースを小さくすることができる効果を奏する。
【００２８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、各々の反射素子５ｎの形状が矩形であるものを示したが、反射素子５ｎの形状は矩形であるものに限るものではなく、例えば、図８〜図１２に示すような形状であってもよい。
図８〜図１２に示すような形状であれば、主偏波方向６の寸法と交差偏波方向７の寸法を独立に調整することが可能であるため、主偏波と交差偏波の反射位相を個別に調整することができる。
【００２９】
具体的には、図８は任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示し、図９は任意の幅Ｗを有する２重のリング状の反射素子５を示している。
また、図１０は２つのダイポールを直交させた任意の幅Ｗを有するクロスダイポールとなる反射素子５を示している。
さらに、図１１は任意の幅Ｗのスロットが施された矩形の反射素子５を示し、図１２は図１０のクロスダイポールが任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示している。
なお、図８〜図１２に示す反射素子５の主偏波方向６の寸法Ｌｙｎ及び交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎの決定方法は、上記実施の形態１と同様である。
【００３０】
実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態１，２では、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、同一の寸法Ｌ０に設定されているものを示したが、当該反射素子５ｎが平面反射鏡２に配置されている位置（ｘｎ，ｙｎ）の反射位相に対応する寸法Ｌｘ’ｎに設定されているようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００３１】
反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎについては、上記実施の形態１，２と同様に、一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる反射位相φ、即ち、一次放射器１から反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）に設定される。
一方、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎについては、当該反射素子５ｎが平面反射鏡２に配置されている位置（ｘｎ，ｙｎ）の反射位相に対応する寸法に設定される。
【００３２】
ここで、図１４は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１４では、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相φと比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相φが大きい位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部及び開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎは、開口中心部と開口端部の間に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎより短いものとなる。
【００３３】
即ち、開口中心部の反射位相φは小さいため、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが短くなるように設定するが、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが極大になるまでは徐々に大きくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に長くなるように設定する。
その後、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に小さくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
なお、図１３に示している反射素子５ｎの交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎは、図１４が示す反射位相φに対応する寸法となっている。
【００３４】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、導体地板３の上に誘電体基板４が重ねられ、その誘電体基板４上に導体パターンである反射素子５ｎが所定の間隔でＮ個配置されることで、平面反射鏡２が構成されており、Ｎ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法が、一次放射器１から当該反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌｙｎに設定され、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、当該反射素子５ｎが平面反射鏡２に配置されている位置（ｘｎ，ｙｎ）の反射位相φに対応する寸法Ｌｘ’ｎに設定されているように構成したので、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けられるようになり、その結果、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができる効果を奏する。
【００３５】
また、この実施の形態３によれば、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相と比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相が大きい位相分布である場合、開口中心部及び開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、開口中心部と開口端部の間に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法より短くなるように設定したので、主偏波の主ビームを所望方向に向けることができる効果を奏する。
【００３６】
なお、この実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布が、図１４に示すように、開口中心部と開口端部の間が山形状をなして、開口中心部が谷形状をなしているものを示したが、開口中心部と開口端部の間が山形状をなして、開口中心部が谷形状をなしている図１５に示すような位相分布が適用されてもよい。
ただし、図１５の場合、開口中心部の左右の位相分布が半円で表されているため、左右の半円の中心で反射位相が大きくなり、開口中心部及び開口端部の反射位相が零になっている。
【００３７】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００３８】
図１６は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１６では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長く、開口端部に近い位置に配置される反射素子５ｎほど、交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが短いものとなる。
【００３９】
即ち、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きいため、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長くなるように設定し、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に小さくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
【００４０】
なお、この実施の形態４では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布であるものとして、平面反射鏡２における反射位相φの位相分布が正規分布であるものを示したが（図１６を参照）、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布であるものとして、図１７に示すように、平面反射鏡２における反射位相φが線形的に変化するものであってもよい。
【００４１】
実施の形態５．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２における反射位相φの中で、一方の開口端部の反射位相φが最も大きく、他方の開口端部に近い位置ほど反射位相φが線形的に小さくなる位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００４２】
図１８は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１８では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、一方の開口端部の反射位相φが最も大きく、他方の開口端部に近い位置ほど反射位相φが線形的に小さくなる位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、一方の開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長く、他方の開口端部に近い位置に配置される反射素子５ｎほど、交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが短いものとなる。
【００４３】
即ち、平面反射鏡２における反射位相φの中で、一方の開口端部の反射位相φが最も大きいため、一方の開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長くなるように設定し、他方の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが線形的に小さくなるため、他方の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
【００４４】
実施の形態６．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相φと比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相φが小さい位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
ここで、図１９は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１９では、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相φと比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相φが小さい位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部及び開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎは、開口中心部と開口端部の間に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎより長いものとなる。
【００４６】
即ち、開口中心部の反射位相φは大きいため、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが長くなるように設定するが、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが極小になるまでは徐々に小さくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
その後、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に大きくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に長くなるように設定する。
【００４７】
実施の形態７．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も小さく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが大きくなる位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００４８】
図２０は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図２０では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も小さく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが大きくなる位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も短く、開口端部に近い位置に配置される反射素子５ｎほど、交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが長いものとなる。
【００４９】
即ち、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も小さく、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も短くなるように設定し、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に大きくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に長くなるように設定する。
【００５０】
なお、平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係は、図１４〜図２０のように例示されるが、これに限るものではなく、全ての反射素子５が互いに異なる交差偏波方向７の寸法を有することで、交差偏波の主ビームを散らすことが可能である。
【００５１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 一次放射器、２ 平面反射鏡、３ 導体地板、４ 誘電体基板、５，５ｎ 反射素子、６ 主偏波方向、７ 交差偏波方向、８ 主偏波の主ビーム方向。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡において、主偏波のビーム方向付近における交差偏波レベルの低減を図ることが可能なアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
衛星搭載用アンテナとして、パラボラアンテナやフェーズドアレーアンテナが知られている。
近年では、パラボラアンテナと比較して、製造が容易でかつ高利得が期待でき、また、フェーズドアレーアンテナのような高価で重いモジュールを用いずにビーム走査が可能なアンテナとしてリフレクトアレーアンテナが注目を集めている。
【０００３】
衛星搭載用アンテナでは、交差偏波レベルを下げることで不要な電波を受信せずに、アンテナ性能や通信品質を向上させることが重要である。
ここで、リフレクトアレーアンテナは、電波を放射する一次放射器と、その一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡とから構成されているアンテナ装置であり、また、リフレクトアレーアンテナの平面反射鏡は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、その誘電体基板上に導体パターンである反射素子が複数個配置されて構成されている。
【０００４】
一次放射器から放射された電波は、平面反射鏡に並べられている複数の反射素子に反射されて、所望方向にビームが向けられるが、平面反射鏡に並べられている複数の反射素子は、それぞれが特有の反射位相を有している。
平面反射鏡には、一次放射器からの光路長が一定となるような反射位相を有する反射素子が複数個配置されることで、一次放射器から放射された電波のビームが所望方向に向けられる。
【０００５】
非特許文献１には、反射素子としてパッチアンテナを使用し、そのパッチアンテナの寸法を適宜変更することで、反射位相を調整する方式が開示されている。
なお、反射素子の寸法を適宜変更することで反射位相を調整する場合、全ての反射素子における主偏波方向及び交差偏波方向の寸法が、同一の寸法に設定されることが一般的である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】M.E.Bialkowski，K.H.Sayidmarie，“Investigations Into Phase Characteristics of a Single Layer Reflectarray Employing Patch or Ring Elements of Variable Size，”IEEE Trans. On Ant. and Propagation，Vol. 56，No. 11，Nov. 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、主偏波の主ビームを所望方向に向けるために反射素子の反射位相を調整する際、全ての反射素子における主偏波方向及び交差偏波方向の寸法が同一の寸法に設定されることに起因して、主偏波と交差偏波が同一の反射位相で平面反射鏡から反射される。そのため、主偏波のみならず、交差偏波も同一の反射位相になるため、主偏波の主ビーム方向ではヌル、主ビーム方向の近傍では高いレベルの交差偏波の主ビームが現れてしまうなどの課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、交差偏波の主ビームを主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けて、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るアンテナ装置は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、その誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されることで、平面反射鏡が構成されており、複数の反射素子における主偏波方向の寸法が、一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、複数の反射素子における交差偏波方向の寸法が、同一の寸法に設定されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、その誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されることで、平面反射鏡が構成されており、複数の反射素子における主偏波方向の寸法が、一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、複数の反射素子における交差偏波方向の寸法が、同一の寸法に設定されているように構成したので、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けられるようになり、その結果、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】ｎ番目の反射素子５ｎが配置されている位置の座標（ｘｎ，ｙｎ）とｎ番目の反射素子５ｎによる主偏波の主ビーム方向８を示す説明図である。
【図３】一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる交差偏波方向の位相分布を示す説明図である。
【図４】一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる主偏波方向の位相分布を示す説明図である。
【図５】反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図６】図２の平面反射鏡２におけるｙｚ面内の放射特性を示す説明図である。
【図７】交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合の交差偏波方向７の位相分布を示す説明図である。
【図８】任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示す斜視図である。
【図９】任意の幅Ｗを有する２重のリング状の反射素子５を示す斜視図である。
【図１０】２つのダイポールを直交させた任意の幅Ｗを有するクロスダイポールとなる反射素子５を示す斜視図である。
【図１１】任意の幅Ｗのスロットが施された矩形の反射素子５を示す斜視図である。
【図１２】図１０のクロスダイポールが任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示す斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図１４】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１５】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１６】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１７】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１８】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図１９】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【図２０】平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
図１において、一次放射器１は電波を放射する機器であり、平面反射鏡２の開口からオフセットさせた位置に配置されている。
図１では、一次放射器１が平面反射鏡２の下側にオフセットされた位置に配置されている例を示しているが、下側に限るものではなく、上側や左側あるいは右側にオフセットされた位置に配置されていてもよい。
一次放射器１が平面反射鏡２の開口からオフセットさせた位置に配置されることで、平面反射鏡２により反射された電波が一次放射器１に重なってしまうなどの状況の発生を防止することができるが、例えば、主偏波の主ビーム方向が一次放射器１に重ならない等の場合には、一次放射器１が平面反射鏡２の開口の前面に配置されていてもよい。この場合、アンテナ装置の設置スペースを小さくすることができる。
【００１３】
この実施の形態１では、一次放射器１から放射された電波を平面反射鏡２が反射して、電波のビームを所望方向に向けるアンテナ装置について説明するが、平面反射鏡２が所望方向から到来する電波を一次放射器１に向けて反射するようにしてもよい。
この場合、一次放射器１は、電波を受信する受信機器として作用する。
【００１４】
平面反射鏡２は、導体地板３の上に誘電体基板４が重ねられ、その誘電体基板４上に導体パターンである反射素子５が所定の間隔でＮ個配置されることで構成されている。
以下、Ｎ個の反射素子５を区別するために、各々の反射素子の符号を５ｎとして識別する。ｎ＝１，２，・・・，Ｎである。
反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎについては、一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる反射位相φ、即ち、一次放射器１から反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）に設定されている。
また、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎについては、一定の反射位相になるように、全ての反射素子５ｎにおいて同一の寸法Ｌ０に設定されている。
なお、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎは固定長（同一の寸法Ｌ０）であるが、図１の例では、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎが電波の略半波長に設定されている。
【００１５】
図２はｎ番目の反射素子５ｎが配置されている位置の座標（ｘｎ，ｙｎ）とｎ番目の反射素子５ｎによる主偏波の主ビーム方向８を示す説明図である。
なお、主偏波の主ビーム方向８は所望方向に調整されており、所望方向のビーム走査位相はθｂ，φｂで表される。
ただし、図２では、図面の簡略化のため、反射素子５ｎの記述を省略している。
【００１６】
次に動作について説明する。
一次放射器１から放射された電波は、平面反射鏡２の誘電体基板４上に配置されているＮ個の反射素子５ｎに反射されて、ビームが所望方向に向けられる（主偏波の主ビーム方向８が所望方向に向けられる）。
【００１７】
この実施の形態１では、主偏波の主ビーム方向８を所望方向に向けるために、所定の間隔で配置されているＮ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと、交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとを以下のように設定している。
ただし、この実施の形態１では、全ての反射素子５ｎにおいて、主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとが同一の寸法に設定されることに起因する不具合（主偏波の主ビーム方向ではヌル、主ビーム方向の近傍では高いレベルの交差偏波の主ビームが現れてしまう不具合）の発生を防止するため、全ての反射素子５ｎにおいて、主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとが同一の寸法に設定されないようにしている。
【００１８】
（１）反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎ
まず、平面反射鏡２の誘電体基板４上に所定の間隔で配置されるＮ個の反射素子５ｎについて、平面反射鏡２における反射素子５ｎの配置位置（ｘ座標、ｙ座標）である座標（ｘｎ，ｙｎ）を特定する。
次に、各々の反射素子５ｎの配置位置と一次放射器１の配置位置から、一次放射器１から各々の反射素子５ｎまでの距離ｄｎを特定する。
次に、主偏波の主ビーム方向８を向ける方向（所望方向）を表すビーム走査位相θｂ，φｂを特定する。
【００１９】
上記のようにして、各々の反射素子５ｎが配置される座標（ｘｎ，ｙｎ）、一次放射器１からの距離ｄｎ及びビーム走査位相θｂ，φｂを特定すると、これらを下記の式（１）に代入することで、一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる各々の反射素子５ｎの反射位相φを算出する。
φ＝ｋ０ｄｎ−ｋ０（ｘｎｓｉｎθｂｃｏｓφｂ＋ｙｎｓｉｎθｂｓｉｎφｂ）
（１）
ただし、ｋ０は自由空間における波数である。
【００２０】
ここで、図３は一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる交差偏波方向の位相分布を示す説明図である。
また、図４は一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる主偏波方向の位相分布を示す説明図である。
【００２１】
上記のようにして、反射素子５ｎの反射位相φを算出すると、その反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）を反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎとして設定する。
図５は反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図５から明らかなように、反射素子５ｎの反射位相φから反射素子５ｎの寸法を一意に決定することができる。換言すると、反射素子５ｎの寸法を変更すれば、反射素子５ｎの反射位相φを調整することができる。
したがって、具体的には、図５に示すような対応関係を予め用意し、その対応関係を参照して、反射素子５ｎの反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）を特定し、その寸法Ｌ（ｎ）を反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎとして設定すればよい。
【００２２】
（２）反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎ
反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎについては、一定の反射位相になるように、全ての反射素子５ｎにおいて同一の寸法Ｌ０に設定する。
具体的には、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎを電波の略半波長に設定する。
【００２３】
反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎと、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎとを上記のようにして設定して、それらの反射素子５ｎを平面反射鏡２の誘電体基板４上に所定の間隔で配置すると、一次放射器１から放射された電波が平面反射鏡２に反射されて、その電波のビームが所望方向に向けられる。
【００２４】
ここで、図６は図２の平面反射鏡２におけるｙｚ面内の放射特性を示す説明図である。
図６において、Ａは主偏波のビームの放射特性を表し、Ｂは主偏波方向６の寸法と交差偏波方向７の寸法とを同一寸法に設定した場合の交差偏波のビームの放射特性を表している。
また、Ｃは交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合の交差偏波のビームの放射特性を表している。
図６から明らかなように、主偏波方向６の寸法と交差偏波方向７の寸法とを同一寸法に設定した場合、主偏波の主ビーム方向にヌル、その主ビーム方向の近傍に大きいレベルの交差偏波の主ビームが存在することが分かる。
一方、交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向に向かないため、交差偏波レベルの低減が可能である。
なお、図７は交差偏波方向７の寸法を固定長とした場合の交差偏波方向７の位相分布を示す説明図である。
図７に示すように、交差偏波方向７の位相分布は一定である。
【００２５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、導体地板３の上に誘電体基板４が重ねられ、その誘電体基板４上に導体パターンである反射素子５ｎが所定の間隔でＮ個配置されることで、平面反射鏡２が構成されており、Ｎ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法が、一次放射器１から当該反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌｙｎに設定され、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、同一の寸法Ｌ０に設定されているように構成したので、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けられるようになり、その結果、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができる効果を奏する。
【００２６】
また、この実施の形態１によれば、平面反射鏡２の開口からオフセットさせた位置に一次放射器１が配置されているように構成したので、平面反射鏡２により反射された電波が一次放射器１に重なってしまうなどの状況の発生を防止することができるようになり、ビームを向ける方向の自由度を高めることができる効果を奏する。
【００２７】
一方、平面反射鏡２の開口の前面に一次放射器１が配置されているように構成した場合、アンテナ装置の設置スペースを小さくすることができる効果を奏する。
【００２８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、各々の反射素子５ｎの形状が矩形であるものを示したが、反射素子５ｎの形状は矩形であるものに限るものではなく、例えば、図８〜図１２に示すような形状であってもよい。
図８〜図１２に示すような形状であれば、主偏波方向６の寸法と交差偏波方向７の寸法を独立に調整することが可能であるため、主偏波と交差偏波の反射位相を個別に調整することができる。
【００２９】
具体的には、図８は任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示し、図９は任意の幅Ｗを有する２重のリング状の反射素子５を示している。
また、図１０は２つのダイポールを直交させた任意の幅Ｗを有するクロスダイポールとなる反射素子５を示している。
さらに、図１１は任意の幅Ｗのスロットが施された矩形の反射素子５を示し、図１２は図１０のクロスダイポールが任意の幅Ｗを有するリング状の反射素子５を示している。
なお、図８〜図１２に示す反射素子５の主偏波方向６の寸法Ｌｙｎ及び交差偏波方向７の寸法Ｌｘｎの決定方法は、上記実施の形態１と同様である。
【００３０】
実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
上記実施の形態１，２では、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、同一の寸法Ｌ０に設定されているものを示したが、当該反射素子５ｎが平面反射鏡２に配置されている位置（ｘｎ，ｙｎ）の反射位相に対応する寸法Ｌｘ’ｎに設定されているようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００３１】
反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法Ｌｙｎについては、上記実施の形態１，２と同様に、一次放射器１から平面反射鏡２までの光路長が一定になる反射位相φ、即ち、一次放射器１から反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌ（ｎ）に設定される。
一方、反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎについては、当該反射素子５ｎが平面反射鏡２に配置されている位置（ｘｎ，ｙｎ）の反射位相に対応する寸法に設定される。
【００３２】
ここで、図１４は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１４では、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相φと比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相φが大きい位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部及び開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎは、開口中心部と開口端部の間に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎより短いものとなる。
【００３３】
即ち、開口中心部の反射位相φは小さいため、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが短くなるように設定するが、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが極大になるまでは徐々に大きくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に長くなるように設定する。
その後、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に小さくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
なお、図１３に示している反射素子５ｎの交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎは、図１４が示す反射位相φに対応する寸法となっている。
【００３４】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、導体地板３の上に誘電体基板４が重ねられ、その誘電体基板４上に導体パターンである反射素子５ｎが所定の間隔でＮ個配置されることで、平面反射鏡２が構成されており、Ｎ個の反射素子５ｎにおける主偏波方向６の寸法が、一次放射器１から当該反射素子５ｎまでの距離ｄｎと所望方向のビーム走査位相θｂ，φｂとから決まる反射位相φに対応する寸法Ｌｙｎに設定され、Ｎ個の反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、当該反射素子５ｎが平面反射鏡２に配置されている位置（ｘｎ，ｙｎ）の反射位相φに対応する寸法Ｌｘ’ｎに設定されているように構成したので、交差偏波の主ビームが主偏波の主ビーム方向とは幾何光学的に異なる方向に向けられるようになり、その結果、主偏波の主ビーム方向の近傍では、交差偏波の主ビームのレベルを低減することができる効果を奏する。
【００３５】
また、この実施の形態３によれば、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相と比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相が大きい位相分布である場合、開口中心部及び開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法が、開口中心部と開口端部の間に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法より短くなるように設定したので、主偏波の主ビームを所望方向に向けることができる効果を奏する。
【００３６】
なお、この実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布が、図１４に示すように、開口中心部と開口端部の間が山形状をなして、開口中心部が谷形状をなしているものを示したが、開口中心部と開口端部の間が山形状をなして、開口中心部が谷形状をなしている図１５に示すような位相分布が適用されてもよい。
ただし、図１５の場合、開口中心部の左右の位相分布が半円で表されているため、左右の半円の中心で反射位相が大きくなり、開口中心部及び開口端部の反射位相が零になっている。
【００３７】
実施の形態４．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００３８】
図１６は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１６では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長く、開口端部に近い位置に配置される反射素子５ｎほど、交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが短いものとなる。
【００３９】
即ち、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きいため、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長くなるように設定し、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に小さくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
【００４０】
なお、この実施の形態４では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布であるものとして、平面反射鏡２における反射位相φの位相分布が正規分布であるものを示したが（図１６を参照）、開口中心部の反射位相φが最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが小さくなる位相分布であるものとして、図１７に示すように、平面反射鏡２における反射位相φが線形的に変化するものであってもよい。
【００４１】
実施の形態５．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２における反射位相φの中で、一方の開口端部の反射位相φが最も大きく、他方の開口端部に近い位置ほど反射位相φが線形的に小さくなる位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００４２】
図１８は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１８では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、一方の開口端部の反射位相φが最も大きく、他方の開口端部に近い位置ほど反射位相φが線形的に小さくなる位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、一方の開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長く、他方の開口端部に近い位置に配置される反射素子５ｎほど、交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが短いものとなる。
【００４３】
即ち、平面反射鏡２における反射位相φの中で、一方の開口端部の反射位相φが最も大きいため、一方の開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も長くなるように設定し、他方の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが線形的に小さくなるため、他方の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
【００４４】
実施の形態６．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相φと比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相φが小さい位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
ここで、図１９は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図１９では、平面反射鏡２の開口中心部及び開口端部の反射位相φと比べて、開口中心部と開口端部の間の反射位相φが小さい位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部及び開口端部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎは、開口中心部と開口端部の間に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎより長いものとなる。
【００４６】
即ち、開口中心部の反射位相φは大きいため、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが長くなるように設定するが、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが極小になるまでは徐々に小さくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に短くなるように設定する。
その後、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に大きくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に長くなるように設定する。
【００４７】
実施の形態７．
上記実施の形態３では、平面反射鏡２における反射位相の位相分布φが、開口中心部及び開口端部と比べて、開口中心部と開口端部の間が大きいものを示したが、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も小さく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが大きくなる位相分布が適用されてもよく、上記実施の形態３と同様の効果を奏することができる。
【００４８】
図２０は平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係を示す説明図である。
図２０では、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も小さく、開口端部に近い位置ほど反射位相φが大きくなる位相分布の例を示している。
反射素子５ｎの寸法と反射位相φの対応関係が図５に示すような対応関係であれば、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も短く、開口端部に近い位置に配置される反射素子５ｎほど、交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが長いものとなる。
【００４９】
即ち、平面反射鏡２における反射位相φの中で、開口中心部の反射位相φが最も小さく、開口中心部に配置される反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが最も短くなるように設定し、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射位相φが徐々に大きくなるため、交差偏波方向７の開口端部に近づくにしたがって反射素子５ｎにおける交差偏波方向７の寸法Ｌｘ’ｎが徐々に長くなるように設定する。
【００５０】
なお、平面反射鏡２に配置されている反射素子５ｎの位置（ｘｎ，ｙｎ）と反射位相φの対応関係は、図１４〜図２０のように例示されるが、これに限るものではなく、全ての反射素子５が互いに異なる交差偏波方向７の寸法を有することで、交差偏波の主ビームを散らすことが可能である。
【００５１】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 一次放射器、２ 平面反射鏡、３ 導体地板、４ 誘電体基板、５，５ｎ 反射素子、６ 主偏波方向、７ 交差偏波方向、８ 主偏波の主ビーム方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を放射する一次放射器と、
上記一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡とを備えたアンテナ装置において、
上記平面反射鏡は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、上記誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されて構成されており、
上記複数の反射素子における主偏波方向の寸法は、上記一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、
上記複数の反射素子における交差偏波方向の寸法は、同一の寸法に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
複数の反射素子における交差偏波方向の寸法が電波の略半波長に設定されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
電波を放射する一次放射器と、
上記一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡とを備えたアンテナ装置において、
上記平面反射鏡は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、上記誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されて構成されており、
上記複数の反射素子における主偏波方向の寸法は、上記一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、
上記複数の反射素子における交差偏波方向の寸法は、当該反射素子が上記平面反射鏡に配置されている位置の反射位相に対応する寸法に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
平面反射鏡の開口中心部及び開口端部の反射位相と比べて、上記開口中心部と上記開口端部の間の反射位相が大きい位相分布である場合、上記開口中心部及び上記開口端部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が、上記開口中心部と上記開口端部の間に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法より短いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
平面反射鏡における反射位相の位相分布は、開口中心部と開口端部の間が山形状をなし、上記開口中心部が谷形状をなしていることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
開口中心部及び開口端部の反射位相が零であることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項７】
平面反射鏡における反射位相の中で、開口中心部の反射位相が最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相が小さくなる位相分布である場合、上記開口中心部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が最も長く、上記開口端部に近い位置に配置される反射素子ほど、交差偏波方向の寸法が短いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項８】
平面反射鏡における反射位相の位相分布が正規分布であることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
【請求項９】
平面反射鏡における反射位相が線形的に変化していることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
平面反射鏡における反射位相の中で、一方の開口端部の反射位相が最も大きく、他方の開口端部に近い位置ほど反射位相が線形的に小さくなる位相分布である場合、一方の開口端部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が最も長く、他方の開口端部に近い位置に配置される反射素子ほど、交差偏波方向の寸法が短いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
平面反射鏡の開口中心部及び開口端部の反射位相と比べて、上記開口中心部と上記開口端部の間の反射位相が小さい位相分布である場合、上記開口中心部及び上記開口端部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が、上記開口中心部と上記開口端部の間に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法より長いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
平面反射鏡における反射位相の中で、開口中心部の反射位相が最も小さく、開口端部に近い位置ほど反射位相が大きくなる位相分布である場合、上記開口中心部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が最も短く、上記開口端部に近い位置に配置される反射素子ほど、交差偏波方向の寸法が長いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
平面反射鏡の開口からオフセットさせた位置に一次放射器が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
平面反射鏡の開口の前面に一次放射器が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項１】
電波を放射する一次放射器と、
上記一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡とを備えたアンテナ装置において、
上記平面反射鏡は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、上記誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されて構成されており、
上記複数の反射素子における主偏波方向の寸法は、上記一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、
上記複数の反射素子における交差偏波方向の寸法は、同一の寸法に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
複数の反射素子における交差偏波方向の寸法が電波の略半波長に設定されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
電波を放射する一次放射器と、
上記一次放射器から放射された電波を反射する平面反射鏡とを備えたアンテナ装置において、
上記平面反射鏡は、導体地板の上に誘電体基板が重ねられ、上記誘電体基板上に導体パターンである反射素子が所定の間隔で複数個配置されて構成されており、
上記複数の反射素子における主偏波方向の寸法は、上記一次放射器から当該反射素子までの距離と所望方向のビーム走査位相とから決まる反射位相に対応する寸法に設定され、
上記複数の反射素子における交差偏波方向の寸法は、当該反射素子が上記平面反射鏡に配置されている位置の反射位相に対応する寸法に設定されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
平面反射鏡の開口中心部及び開口端部の反射位相と比べて、上記開口中心部と上記開口端部の間の反射位相が大きい位相分布である場合、上記開口中心部及び上記開口端部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が、上記開口中心部と上記開口端部の間に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法より短いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
平面反射鏡における反射位相の位相分布は、開口中心部と開口端部の間が山形状をなし、上記開口中心部が谷形状をなしていることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
開口中心部及び開口端部の反射位相が零であることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
【請求項７】
平面反射鏡における反射位相の中で、開口中心部の反射位相が最も大きく、開口端部に近い位置ほど反射位相が小さくなる位相分布である場合、上記開口中心部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が最も長く、上記開口端部に近い位置に配置される反射素子ほど、交差偏波方向の寸法が短いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項８】
平面反射鏡における反射位相の位相分布が正規分布であることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
【請求項９】
平面反射鏡における反射位相が線形的に変化していることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
平面反射鏡における反射位相の中で、一方の開口端部の反射位相が最も大きく、他方の開口端部に近い位置ほど反射位相が線形的に小さくなる位相分布である場合、一方の開口端部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が最も長く、他方の開口端部に近い位置に配置される反射素子ほど、交差偏波方向の寸法が短いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
平面反射鏡の開口中心部及び開口端部の反射位相と比べて、上記開口中心部と上記開口端部の間の反射位相が小さい位相分布である場合、上記開口中心部及び上記開口端部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が、上記開口中心部と上記開口端部の間に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法より長いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
平面反射鏡における反射位相の中で、開口中心部の反射位相が最も小さく、開口端部に近い位置ほど反射位相が大きくなる位相分布である場合、上記開口中心部に配置される反射素子における交差偏波方向の寸法が最も短く、上記開口端部に近い位置に配置される反射素子ほど、交差偏波方向の寸法が長いことを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
平面反射鏡の開口からオフセットさせた位置に一次放射器が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
平面反射鏡の開口の前面に一次放射器が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項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１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−９３７１０（Ｐ２０１３−９３７１０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３９９０（Ｐ２０１１−２３３９９０）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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