JP2001516536A - 軌道周回衛星用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 軌道周回衛星の撮像機器が集めた画像を地上へ送り返すためのアンテナであって、共通巻心上にヘリカル巻線状に規則正しく分布巻された複数の導体帯とこれら複数の導体帯に等振幅で給電する手段とをそれぞれ有する複数の単位アンテナ放射素子（１）を備えている。複数の単位アンテナ放射素子は一列に配列されていると共にこれら複数の単位アンテナ放射素子の配列面は軌道周回時の衛星の速度ベクトルの向きに対して直角な方向に向いており、また複数の単位アンテナ放射素子への給電を位相シフトして各単位アンテナ放射素子によって生じる合成伸長ビームを電子的に指向方位制御する移相手段（２）を装備している。

Description

【発明の詳細な説明】 軌道周回衛星用アンテナ 本発明は、軌道周回衛星用アンテナに関するものである。 今日まで、軌道周回衛星に用いられているアンテナは、無指向性アンテナ（ス ポット、ＥＲＳその他）若しくは操縦可能な指向性アンテナ（ランドサットその 他）の何れかである。 指向性アンテナの場合、ビームはガウスビームであって走査はアンテナの向き を変える機械的メカニズムとの連携で行われ、アンテナ自体は一般的な設計の球 面形パラボラ反射器として機能する。 本発明の一つの目的は、アンテナの向きを変える機械的メカニズムを要するこ となく無指向性アンテナよりも大なる利得を示し、コンパクトで安価な軌道周回 衛生用アンテナを提供することである。 係る目的で本発明は軌道周回衛星の撮像機器が集めた画像を地上へ送り返すた めのアンテナを提供するものであり、このアンテナは、単一の同じ共通巻心上に それぞれヘリカル巻線状に規則正しく分布巻された複数の導体帯とこれら複数の 導体帯のための等振幅給電手段とをそれぞれ有する複数の単位アンテナ放射素子 を備えていることと、これら複数の単位アンテナ放射素子が一列に分布配列され ていると共にこれら複数の単位アンテナ放射素子の分布配列面が軌道周回時の衛 星の速度ベクトルの向きに対して直角な方向に向いていることと、これら複数の 単位アンテナ放射素子への給電を位相シフトして各単位アンテナ放射素子によっ て生じる合成伸長ビームの電子的な指向方位制御を行う移相手段を装備している ことを特徴とするものである。 この場合、複数の単位アンテナ放射素子の配列を或る成形パターンにすること により、発生するビームは衛星の速度ベクトルの向きと平行な方向に伸びた長円 形ビーム（木の葉状ビームとして知られている）となる。 このビームを所定経度へ指向させることにより、衛星の通過中の時間の全てに 亘ってビームが上記経度上に位置する地上局に届くことになり、衛星の進行に従 ってビームの方向を変える必要なくこれを行うことができるようになる。 このようなアンテナ構成は複雑な電子装置を必要とするものではなく、高い伝 送ビットレートを達成可能であることが明らかである。 本発明のアンテナは、有利には以下に列挙する特徴を単一若しくは任意の可能 な組み合わせで付加的に備えることができる。すなわち、 − 単位アンテナ放射素子の数を５以上とする。 − 複数の単位アンテナ放射素子を、回折による副ローブを打ち消すように選 ばれた間隔で互いにずらした配列とする。 − 伝送周波数８０００ＭＨｚに対して隣接単位アンテナ放射素子間の上記ず らしの間隔を１９ｍｍ程度のオーダーとする。 − 移相手段を３〜８ビットの符号化移相器とする。 − 移相手段をフェライト形移相器とする。 本発明のその他の特徴と利点は以下の説明から明らかである。以下の説明は純 粋に例示のためのものであり、限定を意図するものではない。この説明は、次の 添付図面を参照して読むべきである。即ち、 図１は、本発明の一実施例によるアンテナを示す模式構成図であり、 図２は、図１のアンテナの単位アンテナ放射素子の電気角対放射電力パターン をプロットした線図であり、 図３〜図６は、図１のアンテナで得られる種々の照射区域パターンを示す線図 である。 図１に示すアンテナは、符号１で示す複数の単位アンテナ放射素子を備えてい る。 これらの単位アンテナ放射素子１の各々は、それぞれ単一の同じ共通巻心上に 規則正しく分布巻された複数のヘリカル導体帯を備えている。この共通巻心は、 例えば円錐若しくは円筒形状である。また上記複数の導体帯は等振幅方式で給電 される。 例えばこれら導体帯は本数が４であり、互いにπ／２だけずれた４つの同一仕 様のヘリカル巻線を構成している。これら４つの導体帯は好ましくは位相直交方 式で給電される。 係るアンテナ放射素子の角度放射パターンは図２に示す様式となる。 この放射パターンは、放射素子高さ０．０５０ｍ、同基準半径０．０１８ｍ、 伝送周波数８０００ＭＨｚで得られたパターンであり、直径１０ｍｍの測定用球 体を基準アンテナにしている。 後述するように、複数のヘリカル巻の導体帯を有する単位アンテナ放射素子は 、５０°における利得のほうが０°における利得よりも大きくなる利点があり、 従ってポインティング損失を補償することができる利点がある。 複数の単位アンテナ放射素子１は衛星速度ベクトルの方向に対して直角な面内 で一列に分布配列されている。 これら放射素子は、各放射素子が単一且つ同一の面内で互いに平行に規則正し く間隔を開けるように配列されている。放射素子１間の間隔は、例えば伝送周波 数８０００ＭＨｚでは１９ｍｍであり、それによって回折による副ローブが抑制 される。 一般的には係る配列間隔ｄは ｄ＜λ／（１＋ｓｉｎθ） であり、ここでλは放射波長、θは指向させるべき方位角の最大値である。 放射素子１は、フェライト形移相器２と結合器３を介して電力分配器６（本例 の場合は５分配器）により給電され、この電力分配器は例えば導波管タイプのも のである。 移相器２は衛星搭載コンピュータからなるユニット４によって制御され、各移 相器は電子制御器５によって上記ユニットに結合されている。 フェライト形移相器を用いることにより、常に同一の方位値を保持することが 可能となる利点が得られる。これにより電子制御器の消費電力を抑制することが できる。 複数の放射素子１にそれぞれ移相器を設けることにより、±６２°までの所望 の指向方位を実現することができる。 また、放射素子１にヘリカル巻線構造を採用することにより電気角５０°にお いて０°の利得より２ｄＢも大きい利得を達成することができ（但し、頂点に対 して衛星上方の空間減衰偏差−６２°の補償区間を除く）、これによってポイン ティング損失を本質的に補償することが可能となる。 単位アンテナ放射素子の最適数はアンテナに要求される任務に応じて５〜１２ の間で選ばれる。 各移相器２は、例えば量子化間隔２２．５°の４ビット符号化制御方式のデジ タル移相器である。 このようなアンテナで生み出されるビームは長円形ビーム（長円の主軸は衛星 進路に平行）である。 図３は、各放射素子１間の位相差がゼロの場合に上述のアンテナで得られた電 波照射区域を示している。 従ってこの場合は方位偏差は無く、アンテナ指向性の最大値は１１．５５ｄＢ である。 図４は、放射素子１の位相差を一端側から他端側へそれぞれ９０°、４５°、 ０°、−４５°、−９０°とした場合に得られた電波照射区域を示している。 この照射区域パターンは＋１８°の方位に向いている。指向性は１１．５２ｄ Ｂである。 図５に示されているのは、位相差を順に１８０°、９０°、０°、−９０°、 −１８０°とした場合に得られた電波照射区域パターンである。 方位は３２°、指向性は１１．４９ｄＢである。 最後に図６に示されているのは位相差を順に２７０°、１３５°、０°、−１ ３５°、−２７０°とした場合に得られた電波照射区域パターンである。 得られた方位は４８°、指向性の最大値は１１．４５ｄＢである。 これらの図３〜図６において、破線で示した二つの円は、衛星上のアンテナの それぞれ±６０°と±６５°の地上視野円に対応する。 これらの各照射区域パターンにおいて、指向特性の最大値の変化が極めて小さ い（１１．５４ｄＢから１１．４５ｄＢ）ことは注目に値する。 視野円６５°上における指向性は９ｄＢを超えており、これは、分配器の損失 ０．５ｄＢと、移相器の損失０．５ｄＢと、結合器系の損失０．２５ｄＢと、給 電系の損失０．２５ｄＢとを考慮すると７．５ｄＢを超える利得に相当する。 本実施例による可変方位アンテナは、地上への送信に充分高速なビットレート を実現可能とし、また高い分解能で画像データを送り返すことができる。 ビームの切換は好ましくは衛星通過前に行い、これにより照射区域全域で位相 跳躍の障害を回避する。 アンテナ放射パターンが空間減衰を補償していない場合は、衛星が天頂通過と なる近傍の区域でアンテナ利得の最適利用を果たすように伝送速度を考慮するこ とが可能である。 本実施例による可変方位アンテナは、安価で特に小型であるという利点を有し ている。放射部分の寸法は、長さ９０ｍｍ、幅５ｍｍ、高さ５０ｍｍ程である。 更に有利な形態によれば、本発明によるアンテナは、上述の形式の一列に並ん だアンテナ素子配列の複数組と、これら複数組のアンテナ素子配列を組の一端か ら他端へ衛星の移動、特に周回運動の関数として切り換える手段とを備えていて もよい。 変形態様として、本発明のアンテナには、衛星の潜在的な運動、特にロール軸 回転運動を補償するように各単位アンテナ放射素子の軸線若しくは各軸線の向き を変更可能とする駆動手段を装備することもできる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年５月１７日（１９９９．５．１７） 【補正内容】 請求の範囲 １．軌道周回衛星及び該衛星の撮像機器が集めた画像を地上へ送り返すための アンテナを備えた装置であって、前記アンテナが単一の同じ共通巻心上にそれぞ れヘリカル巻線状に規則正しく分布巻された複数の導体帯とこれら複数の導体帯 のための等振幅給電手段とをそれぞれ有する複数の単位アンテナ放射素子（１） を備えていることと、これら複数の単位アンテナ放射素子の各軸心が互いに平行 に且つ同じ一つの配列面内に規則正しく間隔をあけて 一列に分布配列されている と共にこれら複数の単位アンテナ放射素子の分布配列面が軌道周回時の衛星の速 度ベクトルの向きに対して直角な方向に向いていることと、これら複数の単位ア ンテナ放射素子への給電を位相シフトして各単位アンテナ放射素子によって生じ る合成伸長ビームの電子的な指向方位制御を行う移相手段（２）を装備している ことを特徴とする装置。 ２．単位アンテナ放射素子（１）の数が５以上であることを特徴とする請求項 １に記載の装置。 ３．複数の単位アンテナ放射素子（１）が、回折による副ローブを打ち消すよ うに選ばれた間隔で互いにずらして配列されていることを特徴とする請求項１又 は２に記載の装置。 ４．伝送周波数８０００ＭＨｚに対して隣接単位アンテナ放射素子間の前記ず らしの間隔をほぼ１９ｍｍとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項 に記載の装置。 ５．移相手段が３〜８ビットの符号化移相器からなることを特徴とする請求項 １〜４のいずれか１項に記載の装置。 ６．移相手段（２）がフェライト形移相器からなることを特徴とする請求項１ 〜５のいずれか１項に記載の装置。 ７．アンテナが請求項１〜６のいずれか１項に記載の一列に並んだアンテナ素 子配列の複数組と、これら複数組のアンテナ素子配列を組の一端から他端へ衛星 の移動、特に周回運動の関数として切り換える手段とを備えたことを特徴とする装置 。 ８．アンテナが衛星の潜在的な運動、特にロール軸回転運動を補償するように 各単位アンテナ放射素子の軸線若しくは各軸線の向きを変更可能とする駆動手段 を装備したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．軌道周回衛星の撮像機器が集めた画像を地上へ送り返すためのアンテナで あって、単一の同じ共通巻心上にそれぞれヘリカル巻線状に規則正しく分布巻さ れた複数の導体帯とこれら複数の導体帯のための等振幅給電手段とをそれぞれ有 する複数の単位アンテナ放射素子（１）を備えていることと、これら複数の単位 アンテナ放射素子が一列に分布配列されていると共にこれら複数の単位アンテナ 放射素子の分布配列面が軌道周回時の衛星の速度ベクトルの向きに対して直角な 方向に向いていることと、これら複数の単位アンテナ放射素子への給電を位相シ フトして各単位アンテナ放射素子によって生じる合成伸長ビームの電子的な指向 方位制御を行う移相手段（２）を装備していることを特徴とする軌道周回衛星用 アンテナ。 ２．単位アンテナ放射素子（１）の数が５以上であることを特徴とする請求項 １に記載のアンテナ。 ３．複数の単位アンテナ放射素子（１）が、回折による副ローブを打ち消すよ うに選ばれた間隔で互いにずらして配列されていることを特徴とする請求項１又 は２に記載のアンテナ。 ４．伝送周波数８０００ＭＨｚに対して隣接単位アンテナ放射素子間の前記ず らしの間隔をほぼ１９ｍｍとしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項 に記載のアンテナ。 ５．移相手段が３〜８ビットの符号化移相器からなることを特徴とする請求項 １〜４のいずれか１項に記載のアンテナ。 ６．移相手段（２）がフェライト形移相器からなることを特徴とする請求項１ 〜５のいずれか１項に記載のアンテナ。 ７．請求項１〜６のいずれか１項に記載の一列に並んだアンテナ素子配列の複 数組と、これら複数組のアンテナ素子配列を組の一端から他端へ衛星の移動、特 に周回運動の関数として切り換える手段とを備えたことを特徴とするアンテナ。 ８．衛星の潜在的な運動、特にロール軸回転運動を補償するように各単位アン テナ放射素子の軸線若しくは各軸線の向きを変更可能とする駆動手段を装備した ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナ。