JP2001127539A - アンテナ装置 - Google Patents

アンテナ装置

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JP2001127539A
JP2001127539A JP30397399A JP30397399A JP2001127539A JP 2001127539 A JP2001127539 A JP 2001127539A JP 30397399 A JP30397399 A JP 30397399A JP 30397399 A JP30397399 A JP 30397399A JP 2001127539 A JP2001127539 A JP 2001127539A
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JP
Japan
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reflector
sub
antenna
mirror
cross
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JP30397399A
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English (en)
Inventor
Takamasa Furuno
孝允 古野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数に関係なく広帯域にわたって交差偏波
成分の発生しない二枚反射鏡オフセットアンテナを提供
する。 【解決手段】 位相を考慮したN枚反射鏡オフセットア
ンテナの交差偏波発生量の評価式から、二枚反射鏡オフ
セットアンテナの波動的交差偏波消去条件を求め、これ
が周波数に関係しない幾何学的関係式であることを明ら
かにするとともに、アンテナ方式のうち、カセグレン形
式が最も最適な鏡面系であることを明らかにし、具体的
鏡面系として、フロントフィードオフセットカセグレン
アンテナは広帯域にわたって交差偏波成分の発生を防止
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波中継
回線や衛星通信用に用いられる一次放射器および副反射
鏡と主反射鏡からなる二枚反射鏡系のアンテナ装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】主反射鏡M2 、副反射鏡M1 と一次放射
器からなるアンテナ装置には、非対称な反射鏡を用い、
副反射鏡や一次放射器およびその支持柱をブロッキング
とならないように配置して良好な放射特性を得ているも
のがある。しかし、このアンテナ装置は、反射鏡が回転
対称でないため、非対称性によって交差偏波成分が発生
するという欠点がある。
【0003】上記欠点を除去するために、従来、図4に
示すように位相中心F0を有する一次放射器である円錐
ホーン1、円錐ホーン1の位相中心F0 を共有し、さら
に焦点F1 を有する副反射鏡M1 2、さらにF1 を共有
する主反射鏡M2 3から構成されているものがある。図
中、副反射鏡M1 2は回転楕円面鏡または回転双曲面鏡
であり、主反射鏡M2 3は回転放物面鏡である。幾何光
学的に考えた場合、上述したアンテナ装置は反射鏡の非
対称性に起因して発生する交差偏波成分を抑圧するため
に、図5に示すようにその反射鏡系が等価的に回転対称
なパラボラアンテナとなるように構成されている。図中
4は回転対称なパラボラアンテナである。さらに述べる
と主反射鏡に対する一次放射器の位置および向きを次式
の条件を満足するように設定することにより、副反射鏡
M1 2、主反射鏡M2 3で発生する交差偏波成分を互い
に打ち消しあうことができる。
【0004】
【数4】
【0005】ここで、α:主反射鏡の焦点と副反射鏡の
焦点を結ぶ直線が、アンテナの開口面に垂直なZ軸に平
行な直線となす角度。 β:一次放射器の中心軸がZ軸に平行な直線となす角
度。 P:P=+1のとき副反射鏡M1 2は回転双曲面鏡、P
=−1のとき副反射鏡M1 2は回転楕円面鏡。 K:定数
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のア
ンテナ装置は、鏡面系が幾何光学的に設計されているた
め、周波数が無限大の場合のみ完全に上記交差偏波成分
が抑圧される。このため、マイクロ波帯やミリ波帯等の
実際の使用周波数帯では、反射鏡の非対称に起因して発
生する交差偏波成分を完全に消去しきれず、アンテナ装
置の使用周波数帯での交差偏波特性を劣化させるという
課題があった。
【0007】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あり、周波数に関係なく良好な交差
偏波特性を有するアンテナ装置を得ることを目的とした
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係るアンテ
ナ装置は、一次放射器と2枚の反射鏡を有するアンテナ
に波動的交差偏波消去条件が成立し、その条件式を満足
することにより、良好な交差偏波特性を得るようにした
ものである。
【0009】第2の発明に係るアンテナ装置は、主反射
鏡と1枚の副反射鏡からなる反射鏡系に一次放射器を主
反射鏡開口面側に取り付けたものである。
【0010】第3の発明に係るアンテナ装置は、主反射
鏡と1枚の副反射鏡からなる反射鏡系に一次放射器を主
反射鏡開口面側に取り付け、一次放射器の取り付け角を
副反射鏡からの反射波の方向と同一になるようにしたも
のである。
【0011】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、一次放射
器が主反射鏡開口面側に取り付けられた場合のアンテナ
構成図である。図1において、1,2,3は図5と同一
名称である。図中、F0 は円錐ホーン1の位相中心であ
り、副反射鏡M1 2の焦点でもある。F1 は副反射鏡M
1 2の他方の焦点であり、主反射鏡M2 3の焦点でもあ
る。ここで、F0 ,F1 ,M1 ,M2 は同一平面内にあ
るものとする。
【0012】ここでは、電波の波動的交差偏波消去条件
について説明する。N枚の回転二次曲面鏡で構成される
図3のような鏡面系を考え、一次放射器に近い反射鏡か
ら順にその焦点距離をf1 ,f2 ,…,fNとし、次式
で定義する。図中1は図1、図4と同一名称であり、5
は反射鏡#1、6は反射鏡#2、7は反射鏡#3、8は
反射鏡#N−1、9は反射鏡#Nである。ここで、N
は、2以上の任意の自然数である。
【0013】
【数5】
【0014】ここで、n=1,2,…,Nであり、N
は、2以上の自然数である。
【0015】また、Rn ,Rn'は反射鏡の入射側焦点Fn
、および反射側焦点Fn+1と、中心光線と反射鏡#nと
の交点間の距離であり、光線の進行方向に焦点がある場
合(−)の値を取る。式(2)において、fn が正のと
き凹面鏡、fn が負のとき凸面鏡となる。さらに、一次
放射器に近い反射鏡からそのビーム半径をω1 ,ω2,
…,ωN とし、角度σ1 ,σ2 ,…,σN を図3のよう
に定義すれば、電子情報通信学会論文誌‘83/3 V
ol.J−66B No3’310頁に示されているよ
うに、各反射鏡で発生する交差偏波成分は、位相も考慮
してN枚の反射鏡について合計した結果をCN とすると
次式で表される。
【0016】
【数6】
【0017】ここで、λは自由空間波長、dn は中心光
線に沿って測った反射鏡間の距離である。式(3)は式
(4)と式(5)の関係式を用いて、展開すると、
【0018】
【数7】
【0019】式(6)で示されるN枚反射鏡オフセット
アンテナの交差偏波発生量の評価式が得られる。
【0020】
【数8】
【0021】式(6)において、第1項は1枚目の反射
鏡で発生する交差偏波成分、第2項は2枚目の反射鏡で
発生する交差偏波成分、第3項以降は3枚目以降の反射
鏡で発生する交差偏波成分を示している。N枚反射鏡オ
フセットアンテナの波動的交差偏波消去条件は、CN =
0で与えられ、次式が得られる。
【0022】
【数9】
【0023】2枚の回転二次曲面鏡で発生する交差偏波
成分は、N=2を式(7)に代入して、次式で与えられ
る。また、反射鏡間の位相差は式(10)で与えられ
る。
【0024】
【数10】
【0025】式(9)とn=1とおいた式(5)におい
て、二枚反射鏡オフセットアンテナの波動的交差偏波消
去条件は、式(12)、式(13)のR2 ≫1、R1'≫
1の条件から式(11)と式(14)が得られる。さら
に、式(14)とφ=0から、式(15)が得られる。
式(15)は副反射鏡M1 2と主反射鏡M2 3の焦点が
共焦点となる条件である。
【0026】
【数11】
【0027】式(11)が二枚反射鏡オフセットアンテ
ナの波動的交差偏波消去条件であり、周波数に関係しな
い幾何学的な関係式である。式(12)、式(13)、
式(14)、式(15)は、式(11)に対する制限条
件である。
【0028】式(11)と式(12)から鏡面系の形態
を論じることができる。式(4)から、q1 =1、q2
=−1のとき電波が主反射鏡背面から給電され、また、
q1 =q2 =−1のとき電波が主反射鏡の開口面側から
給電される。σi(i=1,2)は、[0,π]の範囲
であるため、tan(σi/2)>0となる。また、主
反射鏡は凹面鏡として使用するため、f2 >0となる。
従って、式(11)のf1 の正負は、q1 ,q2 の正負
によって決まる。式(11)において、副反射鏡は、f
1 が正のとき凹面鏡、f1 が負のとき凸面鏡となる。式
(12)から明らかなように鏡面系はカセグレン形式に
限定される。
【0029】共焦点とした鏡面系において、式(3)の
N=2とおいたC2R=0と式(10)でφ=0とおいた
結果から、式(16)と式(17)が得られる。式(1
6)の、ω1 /ω2 を1とおいたとき式(11)に一致
する。ω1 /ω2 ≒1を満足しない場合、完全には波動
的交差偏波消去条件を満足しないが、交差偏波特性の良
い実用的な鏡面系が得られる。
【0030】
【数12】
【0031】式(16)と式(17)、式(15)を満
足する鏡面系は図1に示されている。また、同様に、式
(11)と式(12)、式(13)、式(14)、式
(15)及びσ1 ≒0を満足する鏡面系は図2に示され
ている。σ1 ≒0は、式(11)を満足するように設計
したときに求まる値である。
【0032】幾何光学的交差偏波消去条件を満足する従
来のアンテナ装置では、周波数が無限大において、反射
鏡で発生する交差偏波を最小とするものである。この発
明に係るアンテナ装置では、使用する周波数帯域で発生
する交差偏波を最小とするように最適化したものであ
る。特に、鏡面系は、ω1 /ω2 ≒1の条件と式(5)
の第1式からR1'≫1、R2 ≫1となるため、f1 >0
となり、カセグレン形式のうち、フロントフィードオフ
セットカセグレンアンテナが最も良好な交差偏波特性を
有することが分かる。なお、以上は一次放射器として円
錐ホーンを用いる場合について説明したが、この発明は
これに限らず、一次放射器としては、中心軸をもつどの
ようなホーンを取り付けてもよい。また、以上は、反射
鏡が回転二次曲面鏡である場合について説明したが、こ
の発明はこれに限らず、反射鏡が鏡面修整されたアンテ
ナ装置等にも使用してもよい。また、アンテナ装置を地
上中継回線に用いる場合について説明したが、この発明
はこれに限らず、衛星通信基地局アンテナ、衛星搭載用
アンテナ等にも使用してよい。
【0033】
【発明の効果】第1の発明によれば、二枚反射鏡オフセ
ットアンテナにおいて、波動的な設計をおこなうことに
より、周波数に関係なく、反射鏡の非対称性によって発
生する交差偏波成分を0にすることができるという効果
がある。
【0034】また、第2の発明によれば、主反射鏡開口
面側から給電される二枚反射鏡オフセットアンテナにお
いて、反射鏡の非対称性によって発生する交差偏波成分
を任意の周波数において、最小とするように反射鏡系を
構成したため、良好な交差偏波特性が得られるという効
果がある。
【0035】また、第3の発明によれば、一次放射器の
取り付け角を副反射鏡からの反射波の方向と同一方向と
する主反射鏡開口面側から給電される二枚反射鏡オフセ
ットアンテナにおいて、反射鏡の非対称性によって発生
する交差偏波成分を周波数に関係なく、0とするように
反射鏡系を構成したため、良好な交差偏波特性が得られ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の二枚反射鏡オフセットアンテナの
鏡面系を示す図である。
【図2】 この発明の二枚反射鏡オフセットアンテナの
他の鏡面系を示す図である。
【図3】 この発明のN枚反射鏡オフセットアンテナの
鏡面系を示す図である。
【図4】 従来の二枚反射鏡オフセットアンテナを示す
図である。
【図5】 等価パラボラを示す図である。
【符号の説明】
1 一次放射器、2 副反射鏡M1 、3 主反射鏡M2
、4 等価パラボラ、5 反射鏡#1、6 反射鏡#
2、7 反射鏡#3、8 反射鏡#N−1、9反射鏡#
N。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一次放射器および副反射鏡と主反射鏡か
    らなる二枚反射鏡オフセットアンテナにおいて、 【数1】 また、 f1 :副反射鏡M1 の焦点距離 f2 :主反射鏡M2 の焦点距離 σ1 :一次放射器の中心軸に沿う光線の副反射鏡上の入
    射波、反射波のなす角度 σ2 :一次放射器の中心軸に沿う光線の主反射鏡上の入
    射波、反射波のなす角度 d1 :一次放射器の中心軸に沿う光線の反射鏡間を伝播
    する距離 R1':副反射鏡M1 への反射波面の曲率半径 R2 :主反射鏡M2 への入射波面の曲率半径 ω1 :副反射鏡M1 のビーム半径 ω2 :主反射鏡M2 のビーム半径 を満足するように鏡面系を構成したことを特徴とするア
    ンテナ装置。
  2. 【請求項2】 一次放射器と副反射鏡および主反射鏡か
    らなる二枚反射鏡オフセットアンテナにおいて、 【数2】 ここで、 f1 :副反射鏡M1 の焦点距離 f2 :主反射鏡M2 の焦点距離 σ1 :一次放射器の中心軸に沿う光線の副反射鏡上の入
    射波、反射波のなす角度 σ2 :一次放射器の中心軸に沿う光線の主反射鏡上の入
    射波、反射波のなす角度 d1 :一次放射器の中心軸に沿う光線の反射鏡間を伝播
    する距離 R1':副反射鏡M1 への反射波面の曲率半径 R2 :主反射鏡M2 への入射波面の曲率半径 ω1 :副反射鏡M1 のビーム半径 ω2 :主反射鏡M2 のビーム半径 を満足するように鏡面系を構成したことを特徴とするア
    ンテナ装置。
  3. 【請求項3】 一次放射器と副反射鏡および主反射鏡か
    らなる二枚反射鏡オフセットアンテナにおいて、 【数3】 ここで、 f1 :副反射鏡M1 の焦点距離 f2 :主反射鏡M2 の焦点距離 σ1 :一次放射器の中心軸に沿う光線の副反射鏡上の入
    射波、反射波のなす角度 σ2 :一次放射器の中心軸に沿う光線の主反射鏡上の入
    射波、反射波のなす角度 d1 :一次放射器の中心軸に沿う光線の反射鏡間を伝播
    する距離 R1':副反射鏡M1 への反射波面の曲率半径 R2 :主反射鏡M2 への入射波面の曲率半径 ω1 :副反射鏡M1 のビーム半径 ω2 :主反射鏡M2 のビーム半径 を満足し、かつ、σ1 ≒0となるように鏡面系を構成し
    たことを特徴とするアンテナ装置。
JP30397399A 1999-10-26 1999-10-26 アンテナ装置 Pending JP2001127539A (ja)

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