JP2007060324A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの人工衛星から複数の周波数帯域の電波を受信する際に、装置構成の複雑化、大型化を招かず、各放射給電部でアンテナの衛星指向方向を実効的に一致させる。
【解決手段】 人工衛星から少なくとも２つの周波数帯の信号を同時に受信するパラボラアンテナ１０において、第１周波数帯の信号を受信し、パラボラアンテナ１０の主反射鏡１３の断面を表す放物線ＬＰの軸ＡＸ上に配置された第１放射給電部１１と、第１周波数帯とは異なる第２周波数帯の信号を受信するｎ個の第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂと、第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂが受信した信号を合成する合成器１６とを備え、第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂは、放物線ＬＰの軸ＡＸ以外の位置に配置され、受信した信号を合成した場合に、人工衛星の指向方向と各第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂの実際の指向方向とのずれを互いに相殺可能な位置に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、人工衛星から複数の周波数帯域の信号を同時に受信するためのパラボラアンテナ装置に関する。

従来、日本国内において送信電波を受信可能な放送衛星と、通信衛星とは、受信点から見ると、異なる方向に打ち上げられており、さらに、それらの送信電波も、前者が右旋円偏波、後者が直交２偏波というように、電波の送信方式も異なっていた。しかし、衛星利用の効率化を図るためには、電波の送信方式を１つとし、同一の衛星で複数種類の周波数帯で信号を送信することが考えられる。

このような目的に適合するアンテナ装置として、電力効率を高くすることができ、しかも電波の周波数にかかわらず電波の輻射方向を容易に制御することができるアンテナ装置が特許文献１に開示されている。

このアンテナ装置は、パラボラアンテナと、パラボラアンテナの焦点に配置され、高周波をパラボラアンテナの回転放物面へ向けて放射する１次放射器と、高周波を出力する給電手段と、１次放射器と給電手段の間に介挿され、高周波を１次放射器へと導く導波管と、焦点を中心として１次放射器を往復移動させる移動手段を備える（第１従来技術）。

また、２つの異なる周波数帯を受信する場合、給電部を同心軸上に実装すると、給電部自体が大きくなって給電部自体で電波を遮る面積が大きくなり、結果的にアンテナ効率を低下させてしまうのを避けるべく、放射給電部を別々の同心軸に構成する方法が提案されている（第２従来技術）。

図２に示すように、このアンテナ装置（パラボラアンテナ）２０は、第１周波数帯域（中心周波数ｆ１）の電波を受信する第１放射給電部２１と、第２周波数帯域（中心周波数ｆ２）の電波を受信する第２放射給電部２２と、放射給電部２１、２２を支持する支持部２３と、第１放射給電部２１の受信信号Ｓｆ１０を伝送するためのケーブル（又は導波管）２４と、第２放射給電部２２の受信信号Ｓｆ２０を伝送するためのケーブル（又は導波管）２５と、人工衛星からの電波を放射給電部２１、２２側に反射すべく、断面形状が放物線形状（放物線ＬＰ）を有するアンテナ主反射鏡２６とを備える。

さらに、２つの異なる周波数帯を受信する場合、放射給電部を１つの同心軸に構成する方法も提案されていた（第３従来技術）。

特開平１１−１４５７８１号公報

しかし、上記第１従来技術においては、１次放射器を往復移動させる移動手段、すなわち、１次放射器の可動機構を設ける必要があり、大型のアンテナ装置においては、装置構成が大型化して、正確な制御を行うことが困難になるという問題があった。

また、第２従来技術においては、各放射給電部でアンテナの衛星指向方向（各受信点における仰角と方位角で表される）がずれてしまうという問題があった。

さらに、第３従来例においては、給電部自体が大きくなって質量が増加し、給電部を支持する構造の強度を増す必要があるため、支持構造が重厚になってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、１つの人工衛星から複数の周波数帯域の電波を受信する際に、装置構成の複雑化、大型化を招くことなく、各放射給電部でアンテナの衛星指向方向を実効的に一致させることが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、人工衛星から少なくとも２つの周波数帯の信号を同時に受信するアンテナ装置において、第１周波数帯の信号を受信するとともに、前記アンテナ装置の反射鏡の断面を表す放物線の軸上に配置された第１放射給電部と、前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯の信号を受信するｎ個（ｎは２以上の整数）の第２放射給電部と、前記第２放射給電部が受信した信号を合成する合成器とを備え、前記第２放射給電部は、前記放物線の軸以外の位置に配置され、前記受信した信号を合成した場合に、仰角と方位角で表される前記人工衛星の指向方向と、各前記第２放射給電部の実際の指向方向とのずれを互いに相殺可能な位置に配置されていることを特徴としている。

上記構成によれば、第２放射給電部は、放物線の軸以外の位置に配置され、合成器において受信した信号を合成した場合に、仰角と方位角で表される人工衛星の指向方向と、第２放射給電部の各々の実際の指向方向とのずれを互いに相殺可能な位置に配置されているので、第１放射給電部と第２放射給電部を並べて配置してアンテナの指向方向に角度ずれがあったとしても、アンテナ装置全体としては、アンテナの指向方向が一致することと同等な性能を実現することができる。

この場合において、前記第２放射給電部を同一の重量とし、前記第２放射給電部の重心が前記放物線の軸上に位置するように、前記第２放射給電部の各々を配置するようにしてもよい。

また、前記ｎ＝２の場合に、前記第２放射給電部を、前記放物線の軸を対称軸とする線対称な位置に配置してもよい。

さらに、前記第１放射給電部及び前記第２放射給電部は、前記放物線の焦点を通過する平面上に配置してもよい。

以上のように、本発明にかかるアンテナ装置によれば、１つの人工衛星から複数の周波数帯域の電波を受信する場合に、装置構成の複雑化、大型化を招くことなく、各放射給電部でアンテナの衛星指向方向を実効的に一致させることが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、実施形態の詳細な説明に先立ち、原理説明を行う。

本実施の形態においては、人工衛星から少なくとも２つの周波数帯の信号を同時に受信するアンテナ装置を取り扱うことが可能であるが、以下の説明においては、第１周波数帯（以下の説明では、その中心周波数ｆ１で表すものとする）及び第２周波数帯（以下の説明では、その中心周波数ｆ２で表すものとする）の２つの周波数帯の信号（電波）を受信する場合を例として説明する。

このアンテナ装置は、第１周波数帯ｆ１の信号を受信するとともに、アンテナ装置の反射鏡の断面を表す放物線の軸上に配置された第１放射給電部と、第２周波数帯ｆ２の信号を受信するｎ個（ｎは２以上の整数）の第２放射給電部と、第２放射給電部が受信した信号を合成する合成器とを備え、第２放射給電部は、放物線の軸以外の位置に配置され、受信した信号を合成した場合に、仰角と方位角で表される人工衛星の指向方向と、各第２放射給電部の実際の指向方向とのずれを互いに相殺可能な位置に配置されている。

ここで、仰角と方位角で表される人工衛星の指向方向と、各第２放射給電部の実際の指向方向とのずれを互いに相殺可能な位置としては、ｎ＝２の場合には、放物線の軸を対称軸とする線対称な位置、これを拡張すれば、ｎ＞２の場合には、第２放射給電部を同一の重さと仮定した場合に、第２放射給電部の重心が放物線の軸上に位置するように、各第２放射給電部を配置すればよい。

これらの結果、合成器において受信した信号を合成した場合に、仰角と方位角で表される人工衛星の指向方向と、各第２放射給電部の実際の指向方向とのずれを互いに相殺することとなり、第２放射給電部全体に代えて、１つの第２放射給電部を放物線の軸上に１つ配置した場合と同等の取り扱いが可能となるのである。

次に、本発明の実施形態について、図１を参照しながらより具体的に説明する。

同図は、ｎ＝２の場合を示し、第２放射給電部を２つ設ける場合の具体例である。アンテナ装置（パラボラアンテナ）１０は、第１周波数帯域（中心周波数ｆ１）の電波を受信する第１放射給電部１１と、第２周波数帯域（中心周波数ｆ２）の電波を受信する一対の第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂと、放射給電部１１、１２Ａ、１２Ｂを支持する支持部１３と、第１放射給電部１１の受信信号を伝送するためのケーブル（又は導波管）１４と、第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂの受信信号を各々伝送するためのケーブル（又は導波管）１５Ａ、１５Ｂと、ケーブル１５Ａ、１５Ｂを介して第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂの受信信号が入力され、それらの受信信号を合成して出力する合成器１６と、合成器１６の合成した受信信号を伝送するためのケーブル（又は導波管）１７と、人工衛星からの電波を放射給電部１１、１２Ａ、１２Ｂ側に反射すべく、断面形状が放物線形状（放物線ＬＰ）を有しているアンテナ主反射鏡１８とを備えている。

ここで、合成器１６は、一般にハイブリッドと呼ばれている高周波信号を合成する導波管単体素子であり、本実施形態では、入力端子２個と出力端子２個があり、内部で電力を合成できるように構成される。

図１中、理解を容易にするため、アンテナ主反射鏡１８の断面形状を表す放物線の軸を符号ＡＸ、放物線の頂点を符号Ｔ、放物線の焦点を符号Ｆで表している。そして、仰角と方位角で表される人工衛星の指向方向は、図１中、符号Ｄｆ１（第１放射給電部１１の向きに相当）と、各第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂの実際の指向方向（Ｄｆ２１又はＤｆ２２）とのずれ（＋θ又は−θ）を互いに相殺可能な位置に配置されている。より具体的には、第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂは、放物線ＬＰの軸ＡＸを対称軸とする線対称な位置に配置されている。

すなわち、第１周波数帯域ｆ１の電波を受信する第１放射給電部１１と、第２周波数帯域ｆ２の電波を受信する第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂの放射給電部を１つの同心軸上に一体に製作するのではなく、第１放射給電部１１と、第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂとを別体として製作し、第１放射給電部１１の左右（放物線ＬＰの焦点Ｆを通る平面上）、もしくは放物線ＬＰの軸ＡＸを対称軸とする対称な位置に、第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂを配置し、第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂの受信信号Ｓｆ２１、Ｓｆ２２を合成器１６で合成して受信信号Ｓｆ２を得ることで、一方の第２放射給電部１２Ａで＋θ度の衛星指向方向にずれがあっても、他方の第２放射給電部１２Ｂで−θ度のずれがあるため、結果的に指向方向の角度ずれΔθが、
Δθ＝＋θ＋（−θ）
＝０
となり、実効的な指向方向角度ずれがないものとして取り扱うことができる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、従来のアンテナを用いたシステムでは、２つの異なる周波数帯を受信する場合、放射給電部を別々の同心軸に構成してしまうため、衛星指向方向にずれを生じていたが、本実施形態によれば、第１周波数帯域ｆ１の電波を受信する第１放射給電部１１と、第２周波数帯域ｆ２の電波を受信する第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂを別体として、仰角と方位角で表される人工衛星の指向方向と、各第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂの実際の指向方向とのずれを互いに相殺可能な所定の位置に第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂを配置し、それらの受信信号を合成器１６で合成することで、実効的に指向方向のずれがないものとして取り扱うことができる。

以上の説明は、第２放射給電部を２つ設ける場合のものであったが、３個以上設けるように構成することも可能である。この場合には、第２放射給電部を偶数個設ける場合には、２個ずつ放物線の軸に対して対称な位置に設けるか、あるいは、第２放射給電部を同一の重さと仮定した場合に、第２放射給電部の重心が放物線の軸上に位置するように、各第２放射給電部を配置するようにすればよい。また、第２放射給電部を奇数個設ける場合には、第２放射給電部を同一の重さと仮定した場合に、第２放射給電部の重心が放物線の軸上に位置するように、各第２放射給電部を配置するようにすればよい。

また、第１周波数帯域ｆ１に対応する第１放射給電部１１で受信した信号は、第１周波数帯域ｆ１の追尾システムに出力され、第２周波数帯域ｆ２に対応する第２放射給電部１２Ａ、１２Ｂで受信した信号は、第２周波数帯域ｆ２の追尾システムに出力されるようにしてもよい。

以上の説明は、衛星通信に用いる場合について説明したが、マイクロ波通信にも適用することができる。

本発明にかかるアンテナ装置の一実施の形態を示す概要構成図である。 第２従来例のアンテナ装置を示す概要構成図である。

符号の説明

１０ パラボラアンテナ
１１ 第１放射給電部
１２Ａ、１２Ｂ 第２放射給電部
１３ 支持部
１４ ケーブル（又は導波管）
１５Ａ、１５Ｂ ケーブル（又は導波管）
１６ 合成器
１８ アンテナ主反射鏡
ＡＸ 放物線の軸
ＬＰ 放物線
Ｔ 放物線の頂点

Claims (4)

1. 人工衛星から少なくとも２つの周波数帯の信号を同時に受信するアンテナ装置において、
   第１周波数帯の信号を受信するとともに、前記アンテナ装置の反射鏡の断面を表す放物線の軸上に配置された第１放射給電部と、
   前記第１周波数帯とは異なる第２周波数帯の信号を受信するｎ個（ｎは２以上の整数）の第２放射給電部と、
   前記第２放射給電部が受信した信号を合成する合成器とを備え、
   前記第２放射給電部は、前記放物線の軸以外の位置に配置され、前記受信した信号を合成した場合に、仰角と方位角で表される前記人工衛星の指向方向と、各前記第２放射給電部の実際の指向方向とのずれを互いに相殺可能な位置に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第２放射給電部を同一の重量とし、前記第２放射給電部の重心が前記放物線の軸上に位置するように、前記第２放射給電部の各々を配置することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記ｎ＝２であって、前記第２放射給電部は、前記放物線の軸を対称軸とする線対称な位置に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１放射給電部及び前記第２放射給電部は、前記放物線の焦点を通過する平面上に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置。

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