JP2001292022A - Focusing beam feeding system employing four reflecting mirrors - Google Patents

Focusing beam feeding system employing four reflecting mirrors

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JP2001292022A
JP2001292022A JP2000106387A JP2000106387A JP2001292022A JP 2001292022 A JP2001292022 A JP 2001292022A JP 2000106387 A JP2000106387 A JP 2000106387A JP 2000106387 A JP2000106387 A JP 2000106387A JP 2001292022 A JP2001292022 A JP 2001292022A
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Japan
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focusing
mirror
reflector
reflecting mirror
mirrors
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JP2000106387A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Akaishi
明 赤石
Takamasa Furuno
孝允 古野
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ADVANCED SPACE COMM RES LAB
Mitsubishi Electric Corp
Advanced Space Communications Research Laboratory
Original Assignee
ADVANCED SPACE COMM RES LAB
Mitsubishi Electric Corp
Advanced Space Communications Research Laboratory
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a focusing beam feeding system employing 4 reflecting mirrors, that has an excellent cross polarization characteristic by canceling cross polarization caused by the asymmetry of focusing reflecting mirrors with each other. SOLUTION: A ray emitted along a center axis of a primary radiator 1 is made incident sequentially onto a 1st focusing reflecting mirror 2, a 2nd focusing reflecting mirror 3, a 3rd focusing reflecting mirror 4 and a 4th focusing reflecting mirror 5, the ray propagated through a path between the 2nd focusing reflecting mirror 3 and the 3rd focusing reflecting mirror 4 is in crossing with a horizontal plane rotary axis of an antenna sub reflecting mirror 106 and concave mirrors are employed for the 1st-3rd focusing reflecting mirrors.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、衛星通信地球局
や大型電波望遠鏡および地上マイクロ波中継回線に用い
られる一次放射器とアンテナ副反射鏡との間に四枚の集
束反射鏡を備えてなる四枚反射鏡形集束ビーム給電系に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises four focusing reflectors between a primary radiator and an antenna sub-reflector used for a satellite earth station, a large radio telescope and a terrestrial microwave relay line. The present invention relates to a four-reflection mirror type focused beam feeding system.

【0002】[0002]

【従来の技術】四枚反射鏡形集束ビーム給電系には、非
対称な集束反射鏡を用い、一次放射器や集束反射鏡およ
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、このよ
うな集束ビーム給電系では、集束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。
2. Description of the Related Art An asymmetric focusing mirror is used for a four-beam reflecting mirror type focused beam feeding system, and a primary radiator, a focusing reflector, and its supporting columns are arranged so as not to be blocked, and good radiation characteristics are obtained. Some are gaining. However, in such a focused beam feeding system, there is a disadvantage that a cross polarization component is generated due to asymmetry since the focusing reflector is not rotationally symmetric.

【0003】上記欠点を除去するために、従来、図5に
示すような集束ビーム給電系が用いられている。図5に
おいて、101は一次放射器である円錐ホーン、102
から105は四枚の集束反射鏡、106はアンテナ副反
射鏡、107は一次放射器101の中心軸に沿って放射
される光線である。
In order to eliminate the above-mentioned disadvantages, a focused beam feeding system as shown in FIG. 5 has been conventionally used. In FIG. 5, reference numeral 101 denotes a conical horn which is a primary radiator;
Numeral 105 indicates four focusing mirrors, 106 indicates an antenna sub-reflector, and 107 indicates light rays emitted along the central axis of the primary radiator 101.

【0004】すなわち、一次放射器101とアンテナ副
反射鏡106との間に配置された四枚の集束反射鏡10
2、103、104、105(なお、図5に第1から第
4の集束反射鏡として順に符号M1、M2、M3、M4を併
記する)を備える従来の四枚反射鏡形集束ビーム給電系
においては、f1を集束反射鏡102の焦点距離、f2
集束反射鏡103の焦点距離、f3を集束反射鏡104
の焦点距離およびf4を集束反射鏡105の焦点距離と
し、σ1を一次放射器101の中心軸に沿う光線107
の集束反射鏡102上の入射波と反射波のなす角度、σ
2を一次放射器101の中心軸に沿う光線107の集束
反射鏡103上の入射波と反射波のなす角度、σ3を一
次放射器101の中心軸に沿う光線107の集束反射鏡
104上の入射波と反射波のなす角度およびσ4を一次
放射器101の中心軸に沿う光線107の集束反射鏡1
05上の入射波と反射波のなす角度とし、d1を一次放
射器101の中心軸に沿う光線107の集束反射鏡10
2と103間を伝播する距離、d2を一次放射器101
の中心軸に沿う光線107の集束反射鏡103と104
間を伝播する距離およびd3を一次放射器101の中心
軸に沿う光線107の集束反射鏡104と105間を伝
播する距離としたとき、集束反射鏡102、103、1
04を凹面鏡、アンテナ副反射鏡106に最も近い集束
反射鏡105を平面反射鏡とし、一次放射器101の中
心軸に沿う光線107の各集束反射鏡上の入射波と反射
波のなす角度σ1、σ2、σ3およびσ4を90°として、
次式で与えられる反射鏡の非対称性によって発生する交
差偏波発生量の評価式(1)を用いて、設計パラメータ
を種々変化させ、逐次計算によって集束ビーム給電系総
合の交差偏波特性の最適化を図っていた。
That is, four focusing reflectors 10 arranged between the primary radiator 101 and the antenna sub-reflector 106
2,103,104,105 (Reference numeral M 1 in order from the first 5 as the fourth focusing reflector, M 2, M 3, are also shown the M 4) conventional four Reflector shape converging with the In the beam feeding system, f 1 is the focal length of the focusing reflector 102, f 2 is the focal length of the focusing reflector 103, and f 3 is the focusing reflector 104.
And f 4 are the focal lengths of the focusing mirror 105, and σ 1 is the ray 107 along the central axis of the primary radiator 101.
Angle between the incident wave and the reflected wave on the converging reflector 102, σ
2 is the angle between the incident wave and the reflected wave of the ray 107 along the central axis of the primary radiator 101 and the reflected wave, σ 3 is the angle of the ray 107 along the central axis of the primary radiator 101 on the focusing reflector 104. The angle between the incident wave and the reflected wave and σ 4 are determined by focusing mirror 1 of light ray 107 along the central axis of primary radiator 101.
05 is the angle between the incident wave and the reflected wave, and d 1 is the focusing mirror 10 for the light ray 107 along the central axis of the primary radiator 101.
The distance propagating between 2 and 103, d 2, is the primary radiator 101
Focusing mirrors 103 and 104 of light ray 107 along the central axis of
Assuming that the distance propagating between them and d 3 is the distance that the light ray 107 along the central axis of the primary radiator 101 propagates between the focusing mirrors 104 and 105, the focusing mirrors 102, 103, 1
04 is a concave mirror, the focusing reflector 105 closest to the antenna sub-reflector 106 is a plane reflector, and the angle σ 1 between the incident wave and the reflected wave of the ray 107 along the central axis of the primary radiator 101 on each focusing reflector. , Σ 2 , σ 3 and σ 4 are 90 °,
Using the evaluation formula (1) for the amount of cross-polarization generated due to the asymmetry of the reflecting mirror given by the following equation, the design parameters are variously changed, and the cross-polarization characteristics of the entire focused beam feeding system are calculated by successive calculations. We were trying to optimize.

【0005】[0005]

【数2】 (Equation 2)

【0006】ここで、Cはアンテナ副反射鏡106の位
置における交差偏波成分の最大値と主偏波成分の最大値
の電界比である。ただし、
Here, C is the electric field ratio between the maximum value of the cross polarization component and the maximum value of the main polarization component at the position of the antenna sub-reflector 106. However,

【0007】[0007]

【数3】 (Equation 3)

【0008】ω1:第1集束反射鏡102上のビーム半
径 ω2:第2集束反射鏡103上のビーム半径 ω3:第3集束反射鏡104上のビーム半径 R1’、R2’:第1集束反射鏡102及び第2集束反射
鏡103の反射波面の曲率半径 e:自然対数の底(2.718・・・) θ1、θ2:交差偏波成分の位相 λ:自由空間波長である。
Ω 1 : beam radius on the first focusing reflector 102 ω 2 : beam radius on the second focusing reflector 103 ω 3 : beam radius on the third focusing reflector 104 R 1 ′, R 2 ′: Radius of curvature of reflected wavefronts of the first focusing mirror 102 and the second focusing mirror 103 e: base of natural logarithm (2.718 ...) θ 1 , θ 2 : phase of cross polarization component λ: free space wavelength It is.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の四
枚反射形集束ビーム給電系は、式(1)に示す交差偏波
発生量の評価式を用いて、逐次計算によって交差偏波成
分の最小化を図っていたため、全体としての見通しが悪
く、完全には集束反射鏡の非対称性によって発生する交
差偏波成分を0にはできないという課題があった。
The conventional four-reflection type focused beam feeding system as described above uses the evaluation formula of the cross polarization generation amount shown in the equation (1) to sequentially calculate the cross polarization component. Therefore, there is a problem that the cross-polarization component generated due to the asymmetry of the focusing mirror cannot be completely reduced to zero.

【0010】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、各集束反射鏡で発生する交差
偏波成分を位相も考慮に入れて互いに打ち消すようにし
て、集束反射鏡の非対称性によって発生する交差偏波成
分を広帯域にわたって0とする四枚反射形集束ビーム給
電系を得ることを目的としたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the cross-polarization components generated by the respective focusing mirrors are canceled out in consideration of the phase, so that the focusing mirrors can be canceled. An object of the present invention is to obtain a four-reflection type focused beam feeding system in which a cross polarization component generated by asymmetry is set to 0 over a wide band.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明に係る四枚反射
形集束ビーム給電系は、一次放射器とアンテナ副反射鏡
との間に、第1から第4の四枚の集束反射鏡を備え、こ
れら集束反射鏡のうち、アンテナ副反射鏡に最も近い第
4集束反射鏡を平面反射鏡とした四枚反射鏡形集束ビー
ム給電系において、第1集束反射鏡、第2集束反射鏡、
第3集束反射鏡、第4集束反射鏡および各反射鏡の焦点
は同一平面内にあるものとし、一次放射器の中心軸に沿
って放射される光線が順に第1集束反射鏡、第2集束反
射鏡、第3集束反射鏡、第4集束反射鏡に入射するもの
とし、第2集束反射鏡と第3集束反射鏡間を伝播する光
線がアンテナ副反射鏡の水平面回転軸と交差し、かつ第
1から第3の集束反射鏡を凹面鏡としたことを特徴とす
るものである。
A four-reflection type focused beam feeding system according to the present invention includes first to fourth four focusing reflectors between a primary radiator and an antenna sub-reflector. Of these focusing reflectors, in a four-reflector-mirror focused beam feeding system in which the fourth focusing reflector closest to the antenna sub-reflector is a plane reflector, a first focusing reflector, a second focusing reflector,
The focal points of the third focusing mirror, the fourth focusing mirror and each of the mirrors are in the same plane, and the light rays emitted along the central axis of the primary radiator are sequentially focused on the first focusing mirror and the second focusing mirror. It is assumed that the light is incident on the reflecting mirror, the third focusing reflecting mirror, and the fourth focusing reflecting mirror, and a light beam propagating between the second focusing reflecting mirror and the third focusing reflecting mirror intersects the horizontal rotation axis of the antenna sub-reflecting mirror, and The first to third focusing mirrors are concave mirrors.

【0012】また、一次放射器とアンテナ副反射鏡との
間に、第1から第4の四枚の集束反射鏡を備え、これら
集束反射鏡のうち、アンテナ副反射鏡に最も近い第4集
束反射鏡を平面反射鏡とした四枚反射鏡形集束ビーム給
電系において、第1集束反射鏡、第2集束反射鏡、第3
集束反射鏡、第4集束反射鏡および各反射鏡の焦点は同
一平面内にあるものとし、一次放射器の中心軸に沿って
放射される光線が順に第1集束反射鏡、第2集束反射
鏡、第3集束反射鏡、第4集束反射鏡に入射するものと
し、第1から第3の集束反射鏡の焦点距離の関係が、
[0012] In addition, a first to a fourth four focusing mirrors are provided between the primary radiator and the antenna sub-reflecting mirror, and of these focusing reflectors, a fourth focusing mirror closest to the antenna sub-reflecting mirror is provided. In a four-beam reflecting mirror type focused beam feeding system using a reflecting mirror as a plane reflecting mirror, a first focusing mirror, a second focusing reflector, a third focusing mirror, and a third focusing mirror.
The focusing mirror, the fourth focusing mirror, and the focal points of the respective mirrors are in the same plane, and the light rays emitted along the central axis of the primary radiator are sequentially focused on the first focusing mirror and the second focusing mirror. , The third focusing mirror, and the fourth focusing mirror, and the relationship between the focal lengths of the first to third focusing mirrors is as follows:

【0013】[0013]

【数4】 (Equation 4)

【0014】ここで、 f1:集束反射鏡M1の焦点距離 f2:集束反射鏡M2の焦点距離 f3:集束反射鏡M3の焦点距離 σ1:一次放射器の中心軸に沿う光線の集束反射鏡M1
上の入射波と反射波のなす角度 σ2:一次放射器の中心軸に沿う光線の集束反射鏡M2
上の入射波と反射波のなす角度 σ3:一次放射器の中心軸に沿う光線の集束反射鏡M3
上の入射波と反射波のなす角度 d1:一次放射器の中心軸に沿う光線の第1と第2の集
束反射鏡間を伝播する距離 d2:一次放射器の中心軸に沿う光線の第2と第3の集
束反射鏡間を伝播する距離 を満足するように鏡面系を構成したことを特徴とするも
のである。
Where f 1 is the focal length of the focusing reflector M1 f 2 is the focal length of the focusing reflector M2 f 3 is the focal length of the focusing reflector M3 σ 1 is the focusing of light rays along the central axis of the primary radiator Reflector M1
The angle between the incident wave and the reflected wave above σ 2 : Focusing mirror M2 for rays along the central axis of the primary radiator
The angle between the incident wave and the reflected wave above σ 3 : Focusing mirror M3 for rays along the central axis of the primary radiator
The angle between the incident wave and the reflected wave above d 1 : the distance of the ray along the central axis of the primary radiator propagating between the first and second focusing reflectors d 2 : the ray of the ray along the central axis of the primary radiator The mirror system is characterized in that the mirror system is configured to satisfy the distance of propagation between the second and third focusing reflectors.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、一次放射
器と四枚の集束反射鏡の焦点距離をそれぞれf1、f2
3、f4とした回転二次曲面鏡で構成されるこの発明の
実施の形態1による四枚反射鏡形集束ビーム給電系の構
成図であり、上述した図5に対応している。図1におい
て、1は一次放射器である円錐ホーン、2は凹面鏡から
なる第1集束反射鏡M1、3は同じく凹面鏡からなる第
2集束反射鏡M2、4は同じく凹面鏡からなる第3集束
反射鏡M3、5はアンテナ副反射鏡106に最も近い位
置に配置された平面反射鏡からなる第4集束反射鏡M4
である。なお、図1に第1から第4の集束反射鏡2、
3、4、5として順に符号M1、M2、M3、M4を併記す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 shows the focal lengths of the primary radiator and the four focusing mirrors as f 1 , f 2 ,
FIG. 6 is a configuration diagram of a four-reflector mirror-type focused beam feeding system according to the first embodiment of the present invention, which is constituted by rotating quadric curved mirrors f 3 and f 4, and corresponds to FIG. 5 described above. In FIG. 1, 1 is a conical horn which is a primary radiator, 2 is a first focusing mirror M1 comprising a concave mirror, 3 is a second focusing mirror M2 also comprising a concave mirror, 4 is a third focusing mirror also comprising a concave mirror M3 and M5 are fourth focusing mirrors M4, each of which is a plane reflecting mirror disposed closest to the antenna sub-reflecting mirror 106.
It is. FIG. 1 shows first to fourth focusing mirrors 2,
Symbols M 1 , M 2 , M 3 , and M 4 are sequentially described as 3 , 4, and 5 , respectively.

【0016】また、20は一次放射器1の中心軸に沿っ
て放射され、順に、第1集束反射鏡2、第2集束反射鏡
3、第3集束反射鏡4、第4集束反射鏡5に入射する光
線である。また、30はアンテナ副反射鏡106の水平
面回転軸であり、上記第2集束反射鏡M2と第3集束反
射鏡M3間を伝播する光線がアンテナ副反射鏡106の
水平面回転軸と交差している。ここで、第1集束反射鏡
2、第2集束反射鏡3、第3集束反射鏡4、第4集束反
射鏡5および各反射鏡の焦点は同一平面内にあるものと
する。
Also, 20 is emitted along the central axis of the primary radiator 1, and is sequentially transmitted to the first focusing reflector 2, the second focusing reflector 3, the third focusing reflector 4, and the fourth focusing reflector 5. It is an incident light beam. Reference numeral 30 denotes a horizontal axis of rotation of the antenna sub-reflector 106, and a light beam propagating between the second focusing mirror M2 and the third focusing mirror M3 intersects with a horizontal axis of rotation of the antenna auxiliary reflector 106. . Here, it is assumed that the first focusing reflector 2, the second focusing reflector 3, the third focusing reflector 4, the fourth focusing reflector 5, and the focal point of each reflector are in the same plane.

【0017】まず、はじめに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2のような鏡面系を考え、一次放射器1に近い反
射鏡から順にその焦点距離をf1、f2、・・・、fN
すると、式(3)の関係がある。なお、図2において、
1は図1と同一の一次放射器であり、6は反射鏡#1、
7は反射鏡#2、8は反射鏡#3、9は反射鏡#N−
1、10は反射鏡#Nである。
First, a description will be given of the conditions for canceling the wave-like cross polarization of radio waves. Consider the mirror system such as FIG. 2 configured in N pieces of rotational quadric surface mirror, the order the focal distance from the reflector closer to the primary radiator 1 f 1, f 2, · · ·, When f N , Equation (3). In FIG. 2,
1 is the same primary radiator as in FIG. 1, 6 is a reflector # 1,
7 is a reflecting mirror # 2, 8 is a reflecting mirror # 3, 9 is a reflecting mirror # N-
Reference numerals 1 and 10 are reflecting mirrors #N.

【0018】[0018]

【数5】 (Equation 5)

【0019】ここで、n=1、2、・・・、Nであり、
Nは、1以上の自然数である。
Here, n = 1, 2,..., N,
N is one or more natural numbers.

【0020】また、Rn、Rn’はそれぞれ反射鏡#Nへ
の入射波面の曲率半径および反射波面の曲率半径であ
り、光線の進行方向に焦点がある場合(−)の値を取
る。式(3)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1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2のように定義すれ
ば、電子情報通信学会論文誌‘83/3 Vol.J-66B No. 3
「集束ビーム給電系のビームモード展開による解析およ
び設計法」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
ついて合計した結果をCNとすると式(4)で表され
る。
R n and R n ′ are the radius of curvature of the wavefront incident on the reflecting mirror #N and the radius of curvature of the reflected wavefront, respectively, and take a value (−) when the focal point is in the traveling direction of the light beam. In Equation (3), when f n is positive, the mirror is a concave mirror, and when f n is negative, the mirror is a convex mirror. Furthermore, from the reflector closer to the primary radiator 1 and the beam radius omega 1, omega 2, · · ·, and omega N,
If the angles σ 1 , σ 2 ,..., Σ N are defined as shown in FIG. 2, the IEICE Transactions '83 / 3 Vol.J-66B No. 3
As shown on page 310, “Analysis and Design Method by Beam Mode Expansion of Focused Beam Feeding System”, cross-polarization components generated by each reflecting mirror were summed up for N reflecting mirrors in consideration of phase. Assuming that the result is C N , it is expressed by equation (4).

【0021】[0021]

【数6】 (Equation 6)

【0022】ここで、Here,

【0023】[0023]

【数7】 (Equation 7)

【0024】ただし、 θn:交差偏波成分の位相 kn:電波の進行方向ベクトル j1:紙面に垂直なベクトル である。Here, θ n : the phase of the cross polarization component k n : the traveling direction vector of the radio wave j1: a vector perpendicular to the paper surface.

【0025】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(4)は式
(5)の2式と次式(6)で表されるビームモードパラ
メータ間の関係式を用いて、展開すると、
[0025] Here, lambda is the free space wavelength, the d n is the distance between the reflector as measured along the central ray. Expression (4) is expanded by using a relational expression between the two expressions of expression (5) and the beam mode parameter expressed by the following expression (6).

【0026】[0026]

【数8】 (Equation 8)

【0027】次式(7)で示されるN枚の反射鏡オフセ
ットアンテナの交差偏波発生量の評価式が得られる。
An expression for evaluating the amount of cross-polarization generated by the N reflector offset antennas, which is expressed by the following equation (7), is obtained.

【0028】[0028]

【数9】 (Equation 9)

【0029】式(7)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枚の反射鏡
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。
In equation (7), the first term is the cross-polarization component generated by the first reflector, the second term is the cross-polarization component generated by the second reflector, and the third and subsequent terms are The cross polarization component generated by the third and subsequent reflecting mirrors is shown. The wave cross-polarization cancellation condition of the N reflector offset antennas is C N
= 0, and the following equation is obtained.

【0030】[0030]

【数10】 (Equation 10)

【0031】ここで、 qn=sign(j1・kn×kn+ 1) n=1、2、3、・・・、Nであり、N:1以上の自然数
である。
[0031] In this case, q n = sign (j1 · k n × k n + 1) n = 1,2,3, ···, a N, N: 1 or more is a natural number.

【0032】四枚の回転二次曲面鏡で発生する交差偏波
成分は、N=4を式(7)に代入して、次式で与えられ
る。
The cross polarization component generated by the four rotating quadric mirrors is given by the following equation by substituting N = 4 into equation (7).

【0033】[0033]

【数11】 [Equation 11]

【0034】ここで、Here,

【0035】[0035]

【数12】 (Equation 12)

【0036】である。Is as follows.

【0037】四枚反射鏡形集束ビーム給電系の波動的交
差偏波消去条件は、第4集束反射鏡が平面鏡であるた
め、f4=∞を式(10)に代入して、C4R=0、C4I
0として、次式が得られる。
The wave-like cross-polarization canceling condition of the four-reflecting mirror-type focused beam feeding system is as follows. Since the fourth focusing mirror is a plane mirror, f 4 = ∞ is substituted into Expression (10), and C 4R = 0, C 4I =
Assuming 0, the following equation is obtained.

【0038】[0038]

【数13】 (Equation 13)

【0039】[0039]

【数14】 [Equation 14]

【0040】ここで、図1の鏡面系からqn=sign
(j1・kn×kn+ 1)を用いて、q1=−1、q2=+1、q3
=−1となる。式(11)、式(12)が四枚反射鏡形
集束ビーム給電系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。従って、こ
の関係を満足する鏡面系では周波数に関係なく交差偏波
成分は発生しない。
Here, from the mirror system of FIG. 1, q n = sign
(J1 · k n × k n + 1) using a, q 1 = -1, q 2 = + 1, q 3
= -1. Equations (11) and (12) are wave-like cross-polarization canceling conditions of the four-reflection mirror focused beam feeding system, and are geometrical relational equations not related to frequency. Therefore, in a mirror system satisfying this relationship, no cross-polarized component is generated regardless of the frequency.

【0041】式(11)、式(12)から式(13)を
定義すれば、σ1、σ2は0とπの範囲にあるため、ta
n(σ1/2)>0、 tan(σ1/2)>0、またd
1>0、d2>0であるので、式(14)が得られる。式
(13)、式(14)から鏡面系の形態を論じることが
できる。
If Equation (13) is defined from Equations (11) and (12), since σ 1 and σ 2 are in the range of 0 and π, ta
n (σ 1/2)> 0, tan (σ 1/2)> 0, also d
Since 1> is 0, d 2> 0, equation (14) is obtained. From Equations (13) and (14), the form of the mirror system can be discussed.

【0042】[0042]

【数15】 (Equation 15)

【0043】[0043]

【数16】 (Equation 16)

【0044】従って、式(13)の第1式から、第1集
束反射鏡2は、第3集束反射鏡4が凹面鏡の場合に凹面
鏡、凸面鏡の場合に凸面鏡となる。第3集束反射鏡4を
凸面鏡とした場合、式(13)の第2式から、第2集束
反射鏡3は常に凹面鏡となる。第3集束反射鏡4を凹面
鏡とした場合、第2集束反射鏡3が凸面鏡となるのは、
式(14)の第2式で、δ2=−1となる場合、すなわ
ち式(13)の第2式から
Therefore, from the first expression of Expression (13), the first focusing reflector 2 is a concave mirror when the third focusing mirror 4 is a concave mirror, and a convex mirror when the third focusing reflector 4 is a convex mirror. When the third focusing reflector 4 is a convex mirror, the second focusing reflector 3 is always a concave mirror according to the second expression of Expression (13). When the third focusing mirror 4 is a concave mirror, the second focusing mirror 3 is a convex mirror.
When δ 2 = −1 in the second expression of the expression (14), that is, from the second expression of the expression (13),

【0045】[0045]

【数17】 [Equation 17]

【0046】の場合である。This is the case.

【0047】第2集束反射鏡3が凹面鏡となるのは、式
(14)の第2式でδ2=+1となる場合、すなわち式
(13)の第2式から
The second focusing reflector 3 becomes a concave mirror when δ 2 = + 1 in the second equation of the equation (14), that is, from the second equation of the equation (13).

【0048】[0048]

【数18】 (Equation 18)

【0049】の場合である。This is the case.

【0050】式(13)と式(14)の条件を満足する
鏡面系の一覧表を表1に示す。
Table 1 shows a list of mirror systems satisfying the conditions of the equations (13) and (14).

【0051】[0051]

【表1】 [Table 1]

【0052】図1に示す例は、表1中のf1>0、f2
>0、f3>0に相当し、図3に示す例は、表1中のf
1>0、f2<0、f3>0に相当し、図4に示す例
は、表1中のf1<0、f2>0、f3<0に相当す
る。
The example shown in FIG. 1 corresponds to f1> 0, f2 in Table 1.
> 0, f3> 0, and the example shown in FIG.
1> 0, f2 <0, f3> 0, and the example shown in FIG. 4 corresponds to f1 <0, f2> 0, f3 <0 in Table 1.

【0053】従来の四枚反射鏡形集束ビーム給電系は、
非対称な反射鏡で発生する交差偏波成分を最小化するよ
う、逐次計算によって鏡面系の形状を求めていたが、こ
の発明は、反射鏡で発生する交差偏波成分を位相も考慮
して、周波数特性がないように、それぞれの反射鏡で互
いに打ち消すようにしているため、周波数に関係なく完
全に交差偏波が0とすることができ、周波数有効利用を
図ることができることから、伝送容量増大が図れるとい
う効果がある。
The conventional four-reflector mirror-type focused beam power supply system includes:
In order to minimize the cross-polarization component generated by the asymmetrical reflecting mirror, the shape of the mirror system was obtained by sequential calculation, but the present invention also considers the phase of the cross-polarization component generated by the reflecting mirror, Since the reflection mirrors cancel each other out so that there is no frequency characteristic, the cross polarization can be made completely zero regardless of the frequency and the frequency can be used effectively, so that the transmission capacity increases. There is an effect that can be achieved.

【0054】また、反射鏡で発生する交差偏波成分をそ
れぞれの反射鏡で互いに打ち消すようにした波動的交差
偏波消去条件を集束ビーム給電系の設計に適用した場
合、逐次計算による方法に比較して短時間に最適な鏡面
系が得られる。
When the wave-like cross-polarization canceling condition in which the cross-polarization components generated by the reflecting mirrors are canceled out by the respective reflecting mirrors is applied to the design of the focused beam feeding system, a comparison is made with the successive calculation method. Thus, an optimum mirror system can be obtained in a short time.

【0055】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四枚反射鏡形集
束ビーム給電系にも使用してもよい。また、四枚反射鏡
形集束ビーム給電系を衛星通信地球局に用いる場合につ
いて説明したが、この発明はこれに限らず、電波望遠鏡
や地上マイクロ波中継回線に使用してもよい。
Although the case where the conical horn is used as the primary radiator has been described above, the present invention is not limited to this, and any horn having a central axis may be attached as the primary radiator. In the above description, the case where the reflecting mirror is a rotating quadric curved mirror has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applicable to a four-reflecting mirror-type focused beam feeding system in which the reflecting mirror is mirror-modified. Is also good. Also, a case has been described in which the four-reflection mirror type focused beam power supply system is used in a satellite communication earth station, but the present invention is not limited to this, and may be used in a radio telescope or a terrestrial microwave relay line.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、一次
放射器とアンテナ副反射鏡との間に第1から第4の四枚
の集束反射鏡とを備え、集束反射鏡のうち、アンテナ副
反射鏡に最も近い集束反射鏡を平面反射鏡とした四枚反
射鏡形集束ビーム給電系であって、第1集束反射鏡、第
2集束反射鏡、第3集束反射鏡、第4集束反射鏡および
各反射鏡の焦点は同一平面内にあるものとし、一次放射
器の中心軸に沿って放射される光線が順に第1集束反射
鏡、第2集束反射鏡、第3集束反射鏡、第4集束反射鏡
に入射するものとし、上記第2集束反射鏡と第3集束反
射鏡間を伝播する光線がアンテナ副反射鏡の水平面回転
軸と交差し、かつ上記第1から第3の集束反射鏡を凹面
鏡とした四枚反射鏡形集束ビーム給電系であるので、各
反射鏡で発生する交差偏波を位相も考慮に入れて互いに
打ち消すことができるとともに四枚の集束反射鏡のう
ち、第1から第3の集束反射鏡に凹面鏡を用いているた
め、反射鏡からのスピルオーバ成分を凸面鏡に比較して
低減できるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the first to fourth four focusing mirrors are provided between the primary radiator and the antenna sub-reflector. A four-reflecting mirror-type focused beam feeding system in which a focusing reflector closest to an antenna sub-reflector is a plane reflector, comprising a first focusing reflector, a second focusing reflector, a third focusing reflector, and a fourth focusing mirror. The reflectors and the focal point of each reflector are assumed to be in the same plane, and the rays emitted along the central axis of the primary radiator are sequentially focused on a first focusing reflector, a second focusing reflector, a third focusing reflector, It is assumed that the light is incident on the fourth focusing mirror, and the light beam propagating between the second focusing mirror and the third focusing mirror intersects with the horizontal rotation axis of the antenna sub-reflecting mirror, and the first to third focusing mirrors. Since this is a four-reflector mirror-type focused beam feed system with a concave mirror as the reflecting mirror, it is generated at each reflecting mirror. Differential polarizations can be canceled by taking phase into consideration, and among the four focusing mirrors, concave mirrors are used for the first to third focusing mirrors. This has the effect of being able to be reduced as compared with.

【0057】また、一次放射器とアンテナ副反射鏡との
間に第1から第4の四枚の集束反射鏡とを備え、集束反
射鏡のうち、アンテナ副反射鏡に最も近い第4集束反射
鏡を平面反射鏡とした四枚反射鏡形集束ビーム給電系で
あって、第1集束反射鏡、第2集束反射鏡、第3集束反
射鏡、第4集束反射鏡および各反射鏡の焦点は同一平面
内にあるものとし、第1から第3の集束反射鏡の焦点距
離の関係が、
The first to fourth four focusing mirrors are provided between the primary radiator and the antenna sub-reflector, and the fourth focusing reflector closest to the antenna sub-reflector among the focusing reflectors is provided. A four-beam reflecting mirror type focused beam feeding system using a mirror as a plane reflecting mirror, wherein a first focusing reflector, a second focusing reflector, a third focusing reflector, a fourth focusing reflector, and a focal point of each reflector are It is assumed that the focal lengths of the first to third focusing mirrors are in the same plane.

【0058】[0058]

【数19】 [Equation 19]

【0059】ここで、f1:第1集束反射鏡の焦点距
離、f2:第2集束反射鏡の焦点距離、f3:第3集束反
射鏡の焦点距離、σ1:一次放射器の中心軸に沿う光線
の第1集束反射鏡上の入射波と反射波のなす角度、
σ2:一次放射器の中心軸に沿う光線の第2集束反射鏡
上の入射波と反射波のなす角度、σ3:一次放射器の中
心軸に沿う光線の第3集束反射鏡上の入射波と反射波の
なす角度、d1:一次放射器の中心軸に沿う光線の第1
と第2集束反射鏡間を伝播する距離、d2:一次放射器
の中心軸に沿う光線の第2と第3集束反射鏡間を伝播す
る距離を満足するように鏡面系を構成した四枚反射鏡形
集束ビーム給電系であるので上式で示される波動的交差
偏波消去条件を満足することにより、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とすることができ、周波数有効利用を図ることができ
ることから、伝送容量増大が図れるという効果がある。
Where f 1 is the focal length of the first focusing reflector, f 2 is the focal length of the second focusing reflector, f 3 is the focal length of the third focusing reflector, and σ 1 is the center of the primary radiator. The angle between the incident wave and the reflected wave on the first focusing mirror of the ray along the axis,
σ 2 : angle between the incident wave of the ray along the central axis of the primary radiator and the reflected wave on the second focusing reflector, σ 3 : incidence of the ray along the central axis of the primary radiator on the third focusing reflector The angle between the wave and the reflected wave, d 1 : the first of the rays along the central axis of the primary radiator
And a distance between the second and third focusing mirrors, d 2 : four mirrors having a mirror system configured so as to satisfy a distance of a ray along the central axis of the primary radiator between the second and third focusing mirrors. Since it is a reflecting mirror type focused beam feeding system, the cross-polarization component generated by the asymmetry of the reflecting mirror should be zero regardless of the frequency by satisfying the wave dynamic cross-polarization canceling condition shown in the above equation. Since the frequency can be effectively used, the transmission capacity can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の四枚反射鏡形集束ビーム給電系の
鏡面系を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a mirror system of a four-reflection mirror focused beam feeding system according to the present invention.

【図2】 この発明の動作を説明する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。
FIG. 2 is a diagram showing a mirror surface system of an N-piece reflecting mirror offset antenna for explaining the operation of the present invention.

【図3】 四枚反射鏡形集束ビーム給電系の鏡面系の一
例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a mirror system of a four-reflection mirror type focused beam feeding system.

【図4】 四枚反射鏡形集束ビーム給電系の他の鏡面系
の他の一例示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing another example of another mirror system of the four-reflection mirror type focused beam feeding system.

【図5】 従来の四枚反射鏡形集束ビーム系を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a conventional four-reflection mirror focused beam system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 一次放射器(円錐ホーン)、2 第1集束反射鏡、
3 第2集束反射鏡、4 第3集束反射鏡、5 第4集
束反射鏡、6 反射鏡#1、7 反射鏡#2、8 反射
鏡#3、9 反射鏡#N−1、11 反射鏡#N、10
6 アンテナ副反射鏡。
1 primary radiator (conical horn), 2 first focusing reflector,
3 Second focusing reflector, 4 Third focusing reflector, 5 Fourth focusing reflector, 6 Reflector # 1, 7 Reflector # 2, 8 Reflector # 3, 9 Reflector # N-1, 11 Reflector #N, 10
6 Antenna secondary reflector.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古野 孝允 東京都千代田区岩本町2丁目12番5号 株 式会社次世代衛星通信・放送システム研究 所内 Fターム(参考) 5J020 AA03 BA08 BC06 DA03 DA05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takamasa Furuno 2-12-5 Iwamotocho, Chiyoda-ku, Tokyo F-term (reference) 5J020 AA03 BA08 BC06 DA03 DA05

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一次放射器とアンテナ副反射鏡との間
に、第1から第4の四枚の集束反射鏡を備え、これら集
束反射鏡のうち、アンテナ副反射鏡に最も近い第4集束
反射鏡を平面反射鏡とした四枚反射鏡形集束ビーム給電
系において、 第1集束反射鏡、第2集束反射鏡、第3集束反射鏡、第
4集束反射鏡および各反射鏡の焦点は同一平面内にある
ものとし、一次放射器の中心軸に沿って放射される光線
が順に第1集束反射鏡、第2集束反射鏡、第3集束反射
鏡、第4集束反射鏡に入射するものとし、第2集束反射
鏡と第3集束反射鏡間を伝播する光線がアンテナ副反射
鏡の水平面回転軸と交差し、かつ第1から第3の集束反
射鏡を凹面鏡としたことを特徴とする四枚反射鏡形集束
ビーム給電系。
The present invention further comprises first to fourth four focusing mirrors between a primary radiator and an antenna sub-reflector, and a fourth focusing mirror closest to the antenna sub-reflector among the focusing mirrors. In the four-reflecting mirror-type focused beam feeding system in which the reflecting mirror is a plane reflecting mirror, the first focusing mirror, the second focusing reflector, the third focusing reflector, the fourth focusing reflector, and the focal point of each reflector are the same. The rays radiated along the central axis of the primary radiator shall be incident on the first focusing reflector, the second focusing reflector, the third focusing reflector, and the fourth focusing reflector in this order. A beam propagating between the second focusing mirror and the third focusing mirror intersects a horizontal axis of rotation of the antenna sub-reflecting mirror, and the first to third focusing mirrors are concave mirrors. Reflective mirror-type focused beam power supply system.
【請求項2】 一次放射器とアンテナ副反射鏡との間
に、第1から第4の四枚の集束反射鏡を備え、これら集
束反射鏡のうち、アンテナ副反射鏡に最も近い第4集束
反射鏡を平面反射鏡とした四枚反射鏡形集束ビーム給電
系において、 第1集束反射鏡、第2集束反射鏡、第3集束反射鏡、第
4集束反射鏡および各反射鏡の焦点は同一平面内にある
ものとし、一次放射器の中心軸に沿って放射される光線
が順に第1集束反射鏡、第2集束反射鏡、第3集束反射
鏡、第4集束反射鏡に入射するものとし、第1から第3
の集束反射鏡の焦点距離の関係が、 【数1】 ここで、 f1:集束反射鏡M1の焦点距離 f2:集束反射鏡M2の焦点距離 f3:集束反射鏡M3の焦点距離 σ1:一次放射器の中心軸に沿う光線の集束反射鏡M1
上の入射波と反射波のなす角度 σ2:一次放射器の中心軸に沿う光線の集束反射鏡M2
上の入射波と反射波のなす角度 σ3:一次放射器の中心軸に沿う光線の集束反射鏡M3
上の入射波と反射波のなす角度 d1:一次放射器の中心軸に沿う光線の第1と第2の集
束反射鏡間を伝播する距離 d2:一次放射器の中心軸に沿う光線の第2と第3の集
束反射鏡間を伝播する距離 を満足するように鏡面系を構成したことを特徴とする四
枚反射鏡形集束ビーム給電系。
2. A first to a fourth four focusing mirrors are provided between a primary radiator and an antenna sub-reflecting mirror, and a fourth focusing mirror closest to the antenna sub-reflecting mirror among the focusing mirrors is provided. In the four-reflecting mirror-type focused beam feeding system in which the reflecting mirror is a plane reflecting mirror, the first focusing mirror, the second focusing reflector, the third focusing reflector, the fourth focusing reflector, and the focal point of each reflector are the same. The rays radiated along the central axis of the primary radiator shall be incident on the first focusing reflector, the second focusing reflector, the third focusing reflector, and the fourth focusing reflector in this order. , First to third
The relation of the focal length of the focusing reflector is given by Here, f 1 : focal length of the focusing mirror M1 f 2 : focal length of the focusing mirror M2 f 3 : focal length of the focusing mirror M3 σ 1 : focusing mirror M1 of light rays along the central axis of the primary radiator
The angle between the incident wave and the reflected wave above σ 2 : Focusing mirror M2 for rays along the central axis of the primary radiator
The angle between the incident wave and the reflected wave above σ 3 : Focusing mirror M3 for rays along the central axis of the primary radiator
The angle between the incident wave and the reflected wave above d 1 : the distance of the ray along the central axis of the primary radiator propagating between the first and second focusing reflectors d 2 : the ray of the ray along the central axis of the primary radiator A four-reflector mirror-type focused beam feeding system, wherein a mirror system is configured to satisfy a distance that propagates between the second and third focusing mirrors.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103185566A (en) * 2011-12-30 2013-07-03 中国科学院空间科学与应用研究中心 Reflector antenna beam direction detection device and detection method

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