JP2007104461A

JP2007104461A - マルチビームフィードホーン

Info

Publication number: JP2007104461A
Application number: JP2005293339A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Chikada; 茂夫近田
Original assignee: DX Antenna Co Ltd
Current assignee: DX Antenna Co Ltd
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2025-10-06
Also published as: JP4713292B2

Abstract

【課題】低コストで複数の電波を受信する。
【解決手段】近接して配置されたホーン１０、１２の前面を被うように、これらに着脱自在にフィドーム２４が設けられている。フィドーム２４の内面におけるホーン１０、１２の境界に対応する位置に、ホーン１０、１２側を向いて電波屈折用突起２４が突出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、１基のパラボラ反射鏡に設けられ、複数の送信源、例えば複数の静止衛星からの電波を受信するために使用されるマルチビームフィードホーン、このマルチビームフィードホーンを備えた一体給電部及びこの一体給電部を備えたパラボラアンテナに関する。

近年、複数の静止衛星、例えば通信衛星が接近して同一静止軌道上に打ち上げられている。これら接近した通信衛星からの電波を、１つの反射鏡と複数のホーンとを備えたアンテナで受信することが行われている。このアンテナの一例が特許文献１に開示されている。

特許文献１の技術では、反射鏡の焦点位置の近傍にマルチビームフィードホーンが配置されている。このマルチビームフィードホーンでは、２本の導波管が平行に配置され、これら導波管それぞれの先端にホーンが取り付けられている。これらホーンは、一体に形成され、導波管に対して着脱自在に構成されている。一体のホーンは、異なる口径の反射鏡に対応して大口径用と小口径用の２種類が準備されている。

一般に、反射鏡の口径は、反射鏡を用いたアンテナの利得に関連しており、大きな利得が必要な場合には、大きな口径の反射鏡が使用される。反射鏡の口径が異なると、同じ電波を受信する場合でも、反射鏡で反射されて各電波が収束する位置が異なり、また、これら収束位置間の距離も異なる。これに対応するため、特許文献１では、異なる口径の反射鏡においても共通に使用することができる部品を多くするために、２種類のホーンを用意し、反射鏡の口径に応じて、いずれかのホーンを使用している。

特開２００２−１２４８２０公報

特許文献１の技術では、公開の異なる反射鏡に対して導波管を共通に使用することはできるが、ホーンは口径の異なる反射鏡に対応して準備する必要がある。このように異なる口径の反射鏡用にホーンを準備すると、ホーンそれぞれに金型を準備しなければならず、コストの増大を招いていた。

本発明は、特定の口径の反射鏡用に準備したホーンを用いながら、異なる口径の反射鏡にも使用することができるマルチビームフィードホーンを提供することを目的とする。また、本発明は上記のようなマルチビームフィードホーンを備えた一体給電部を提供することも目的とする。本発明は、さらに、上記のようなマルチビームフィードホーンまたは一体給電部を備えたマルチビームアンテナを提供することも目的とする。

本発明によるマルチビームフィードホーンは、近接して配置された少なくとも２つのホーンを有している。３以上のホーンが近接して配置されることもある。この場合、各ホーンは、一直線状に配置することが望ましい。これら少なくとも２つのホーンには、それぞれ導波管が接続される。前記少なくとも２つのホーンに着脱自在にフィドームが設けられている。このフィドームは、これらホーンの前面を被う。このフィドームの内面における前記少なくとも２つのホーンの間に対応する位置に、電波屈折用突起が、前記少なくとも２つのホーン側を向いて突出している。これら少なくとも２つのホーンは、例えば宇宙空間の静止軌道上に近接して打ち上げられている少なくとも２つの衛星からの電波を受信するように、パラボラ反射鏡と共に使用される。

このように構成されたマルチビームホーンでは、電波屈折用突起に向かって直進してきた電波が屈折されて、いずれのホーンにおいても屈折用突起が無い場合に到来する位置よりも内側に電波が到来するようになる。その結果、本来、ホーン内に入射しにくい間隔を持つ少なくとも２つの送信源からの電波がそれぞれホーン内に良好に入射する。しかも、このようにするために必要なものは、フィドームに設けた１つの突起のみである。

前記少なくとも２つのホーンの間隔は、第１のパラボラ反射鏡の開口径に対応して設定されることが望ましい。その場合、前記少なくとも２つのホーンは、第１のパラボラ反射鏡よりも開口径の大きい第２のパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置される。

このように構成すると、本来、第１のパラボラ反射鏡用に構成されたマルチビームホーンを、第１のパラボラ反射鏡よりも口径の大きいパラボラ反射鏡にフィドームを交換することによって使用することができ、２つの口径の異なるパラボラ反射鏡に対してマルチビームホーンのフィドームを除く部分を共通化でき、コストの低減を図ることができる。

更に、前記電波屈折用突起は、前記少なくとも２つのホーンの中心軸を繋ぐ線分のほぼ中央に位置することが望ましい。この位置に設けることによって、少なくとも２つのホーンそれぞれに、これらホーンに対応する電波を良好に入射させることができる。

上述したようないずれかのマルチビームフィードホーンと一体に、これらマルチビームフィードホーンで受信された信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換部を設けて、一体型給電部を構成することもできる。また、上記の一体型給電部を、第２のパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、パラボラアンテナを構成することもできる。

以上のように、本発明によれば、マルチビームフィードホーンの一部をなすフィドームを交換することによって、口径の異なる反射鏡に対してフィドーム以外のマルチビームフィードホーンの部分を共通に使用することができ、低コストでマルチビームフィードホーン、一体型給電部及びパラボラアンテナを構成することができる。

本発明の１実施形態のマルチビームフィードホーン２は、図３に示すように、パラボラアンテナの反射鏡、例えばオフセットパラボラ反射鏡４の焦点位置の近傍に配置されるもので、反射鏡４の口径が異なる複数、例えば第１及び第２の反射鏡に共通に使用することができるものである。第１の反射鏡は、例えば口径Ｄが４０ｃｍのもの、第２の反射鏡は例えば口径Ｄが４５ｃｍのものである。

このマルチビームフィードホーン２は、宇宙空間の静止軌道上に接近して打ち上げられている複数の衛星、例えば２基の静止衛星からの電波を、図３に示すように反射鏡４で反射させて、受信するためのものである。２基の静止衛星としては、例えば４度の間隔をあけて東経１２４度と、東経１２８度とに打ち上げられている通信衛星がある。受信する電波はＧＨｚ帯、例えば１２ＧＨｚ帯のものである。このマルチビームフィードホーン２は、元々口径が例えば４０ｃｍの反射鏡と共に使用するように設計されている。

このマルチビームフィードホーン２は、図１及び図２に示すように、２本の導波管６、８を有している。これら２本の導波管６、８は、例えば円形導波管に構成され、それらは、両者の中心軸が互いに平行となるように近接して配置されている。これら導波管６、８の後端部は閉塞されている。これら導波管の側方には、図示していないが、マルチビームフィードホーン２によって受信されたＧＨｚ帯のマイクロ波を、例えば１ＧＨｚ帯の中間周波信号に周波数変換する周波数変換器が一体に設けられている。導波管６、８内の後端部の近傍に設けたプローブから周波数変換器にマイクロ波が供給され、周波数変換器で周波数変換が行われる。

これら導波管６、８の先端部は、共に開口しており、これら開口部に、それぞれホーン１０、１２が一体に形成されている。ホーン１０、１２は、左右対称の同一の形状であって、先端部及び後端部が開口した錐台、例えば円錐台状に形成されている。これらホーン１０、１２は、その先端側の円形開口は、同一の面にあり、後端側の円形開口も同一の面（導波管６、８の先端面）にある。先端側の円形開口が、後端側の円形開口よりも直径が大きく、後端側の円形開口の中心は、導波管６、８の中心軸上に位置している。また、先端側の円形開口の中心は、幾分、導波管６、８の中心軸よりも外側に位置している。

ホーン１０、１２の周囲をほぼ被うように両者を併せて、平面形状がほぼ小判型であり、それぞれがほぼ同一形状をなすコルゲート１４、１６が形成されている。これらコルゲート１４、１６は、それらの開口が、ホーン１０、１２の先端側の開口と同一面に位置している。これらコルゲート１４、１６間の境界部１８ａ、１８ｂの延長線上にホーン１０、１２の境界部２０が位置している。

これらコルゲート１４、１６の外側に境界部１８ａ、１８ｂ、２０に対してほぼ垂直になるように、同一形状の凹所２２ａ、２２ｂが形成されている。これら凹所２２ａ、２２ｂは、共に円弧状に形成されている。

例えばホーン１０、１２の先端側開口は、その直径が約２５ｍｍに形成され、後端部開口は、その直径が約１９．６ｍｍに形成され、開口中心間の距離ｄ１が２２ｍｍに形成されている。これらフィードホーン１０、１２は、上述したように口径４０ｃｍの反射鏡の焦点位置の近傍に配置されたとき、東経１２４度の通信衛星からの電波がホーン１０に、東経１２８度の通信衛星からの電波がホーン１２に入射するように、上記各寸法が設定されている。

これらホーン１０、１２の周囲及び先端側開口を被うようにフィドーム２４が、着脱自在にホーン１０、１２の周囲に取り付けられている。フィドーム２４は、例えば合成樹脂製、具体的にはＡＢＳ樹脂製で、ホーン１０、１２の先端側開口と所定の距離を隔てて位置する平面部２４ａを有している。

このフィドーム２４の平面部２４ａの内面側の中央、即ち、ホーン１０、１２の境界部２０の中央に位置するように電波屈折用突起２６が、ホーン１０、１２側を向いて、平面部２４ａと一体に形成されている。電波屈折用突起２６も、フィドーム２６と同じＡＢＳ樹脂製である。

フィドーム２４の平面部２４ａの内面の中央、即ち、ホーン１０、１２の境界部２０の中央、言い換えればホーン１０、１２の中心を繋ぐ直線の中心に対応する位置に、電波屈折用の突起２６が、設けられている。この突起２６は、柱状、例えば円筒状に形成され、その円筒の先端がホーン１０、１２側を向くように、平面部２４ａに対して垂直に設けられている。突起２６としては、例えば外径が１２ｍｍ、内径が７ｍｍ、高さが１０ｍｍのものが使用される。従って、外径は使用周波数帯の中心周波数の約１／２波長、内径が約０．３波長、高さが約０．４波長である。

この突起２６を設けたフィドーム２４とは別に、ホーン１０、１２を繋ぐ直線の中心位置に突起２６を設けていない以外同一形状のフィドームも別に準備されており、いずれかのフィドームが、ホーン１０、１２の前面に取り付けられる

このマルチビームフィードホーンは、突起２６を設けていないフィドームを取り付けた状態で、口径４０ｃｍのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置した場合、東経１２４度及び東経１２８度の位置に打ち上げられている通信衛星からの電波が、それらのビーム間隔を４．５度で入射するように設計されている。このビーム間隔４．５度は、日本の或る受信場所において、上記両衛星からの電波を良好に受信することができるビーム間隔である。

突起２６を設けていないフィドームを取り付けた状態で、このマルチビームフィードホーンを、口径４５ｃｍのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置に配置した場合、上記両通信衛星からの電波は、ビーム間隔が約４度で入射する。そこで、突起２６を設けたフィドーム２４にフィドームを交換すると、図４に示すようにホーン１０から見て、ホーン１２側から到来した電波は、突起２６が無ければ、破線で示すように直進し、ホーン１０内には殆ど入射しない。しかし、突起２６を設けたフィドーム２４を使用すると、突起２６によって実線で示すように屈折し、ホーン１０内に入射する効率が最もよくなる。図示していないが、ホーン１２についても同様に、ホーン１０側から到来した電波が突起２６によって屈折して、ホーン１２に入射する。これら入射する電波が、反射鏡に立てた法線になす角度は、突起２６が無い場合に入射する電波が反射鏡に立てた法線に対してなす角度よりも大きくなっている。即ち、突起２６が無い場合に入射可能電波が反射鏡に向かう際になす角度よりも、突起２６がある場合に入射可能な電波同士が反射鏡に向かう際になす角度は広がっており、ビーム間隔が４．５度の電波のいずれもがホーン１０、１２によって受信可能となる。

図５（ａ）は、このマルチビームフィードホーンを口径４５ｃｍのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、垂直偏波の１２．５ＧＨｚの電波をホーン１０、１２でそれぞれ受信した場合の指向特性図で、この場合のピークツーピークのビーム間隔ｄは、４．５５２度である。同図（ｂ）は、突起２６を、外径１２ｍｍ、内径５ｍｍ、高さ８ｍｍに変更して、マルチビームフィードホーンを口径４５ｃｍのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、垂直偏波の１２．５ＧＨｚの電波をホーン１０、１２でそれぞれ受信した場合の指向特性図で、この場合も、ピークツーピークのビーム間隔ｄは、４．５５２度である。

図６（ａ）に示すように突起２６を円錐台状に形成し、その下底の直径を１２ｍｍに、上底の直径を９．６ｍｍに、高さを１０ｍｍとして、内径３．４ｍｍとして、上述したように口径４５ｃｍのオフセットパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置して、垂直偏波の１２．５ＧＨｚの電波をホーン１０、１２でそれぞれ受信した場合、ピークツーピークのビーム間隔は４．７４度であった。同図（ｂ）に示すように突起２６を円錐台状に形成し、その下底の直径を１２ｍｍに、上底の直径を１０ｍｍに、高さを８ｍｍとして、内径３．４ｍｍとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は４．６７３度であった。図６（ｃ）に示すように突起２６を円錐台状に形成し、その下底の直径を１２ｍｍに、上底の直径を１０ｍｍに、高さを６ｍｍとして、内径３．４ｍｍとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は４．４０８度であった。同図（ｄ）に示すように突起２６を円筒状として、その外径を１２ｍｍ、高さを８ｍｍ、内径を５ｍｍとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は４．５５２度であった。また、同図（ｅ）に示すようにに突起２６を円筒状として、その外径を１２ｍｍ、高さを８ｍｍ、内径を７ｍｍとした場合、ピークツーピークのビーム間隔は４．４３２度であった。また、突起２６を円柱状としてその直径を１３ｍｍ、高さを８ｍｍとした場合には、ピークツーピークのビーム間隔は４．９２３度であった。また、突起２６を円柱状としてその直径を１３ｍｍ、高さを６ｍｍとした場合には、ピークツーピークのビーム間隔は４．５２度であった。

上述した東経１２４度と１２８度とに打ち上げられている２基の通信衛星を用いているスカイパーフェクＴＶ！の放送を口径４５ｃｍのオフセットパラボラ反射鏡を用いて視聴する場合、両通信衛星から送信されている電波のピークツーピークのビーム間隔の理論値は、稚内で４．４２度、沖縄で４．６１度で平均４．５２度である。±０．３度程度のビーム間隔のずれは、ピークレベルには殆ど影響を与えず、許容範囲内である。従って、設計値を４．５度とした場合、突起２６がＡＢＳ製で円筒状とする場合、外径が１２ｍｍ、内径が５乃至７ｍｍ、高さが８乃至１０ｍｍとすれば良好に受信することができ、円錐台状とする場合、下底が１２ｍｍ、上底が約１０ｍｍ、高さが８乃至１０ｍｍの円筒状とすると、良好に受信することができる。

しかも、口径４０ｃｍのオフセットパラボラ反射鏡と共に、このマルチビームフィードホーンを使用する場合には、突起２６を設けていないものにフィドームを変更すれば、そのままスカイパーフェクＴＶ！の放送を良好に受信することができる。従って、１種類のマルチビームフィードホーンのフィドーム以外の部分を共通化して、２種類のオフセットパラボラ反射鏡に共用することができ、異なる口径の反射鏡それぞれに専用のマルチビームフィード本を製造する必要が無く、コストの低減を図ることができる。

フィドーム２４の素材としては、上述したＡＢＳの他にポリプロピレン（ＰＰ）が使用されることがある。ＰＰとＡＢＳ樹脂とでは、その比誘電率が異なる。例えばＡＢＳ樹脂は２．４４乃至３．１１（１ＭＨｚ）であり、ＰＰは２．０乃至２．１（１ＭＨｚ）である。従って、上述した外径１２ｍｍ、内径７ｍｍ、高さ１０ｍｍの円筒状突起２６をＰＰでフィドーム２４と一体成形すると、ＡＢＳ樹脂製では４．５５２度であったビーム間隔が４．３９度になった。また、外径１２ｍｍ、内径５ｍｍ、高さ８ｍｍの円筒状突起をＰＰでフィドーム２４と一体成形すると、ＡＢＳ樹脂製で４．５５２度であったビーム間隔が４．４２度になった。即ち、比誘電率の相違によってビーム間隔が小さくなっている。

そこで、突起２６の外径を１５ｍｍ、内径を７ｍｍ、高さ１０ｍｍと、外径を大きくすることで、４．３９度であったビーム間隔が４．５３８度に回復した。また、アンテナ利得も４５ｃｍアンテナで必要とされる３３．８ｄＢ（標準）を満足した。

このようにマルチビームフィードホーンにおいて、フィドームに突起を設けてビーム間隔を操作するときには、そのビーム偏向角（電波の屈折効果）は、突起の素材が持つ比誘電率、外径の大きさという要因が大きく支配する。

上記の実施の形態では、上述した寸法を持つ突起を使用した場合に、最も良好に受信することができたが、これに限ったものではなく、例えば上記と同じスカイパーフェクＴＶ！の放送を受信する場合でも、ホーン１０、１２の先端開口の径が上記実施形態のものと異なった場合には、異なる寸法の突起を使用する必要があるし、口径が４０ｃｍと４５ｃｍ以外の反射鏡で使用する場合にも、異なる寸法の突起を使用する必要があるし、隣接して打ち上げられている２基の静止衛星の角度が異なる場合にも異なる寸法の突起を使用する必要がある。また、上記の実施の形態では、突起は円筒状または円錐台状のものを示したが、これらに限ったものではなく、例えば角筒状のものや角錐台状のものを使用することもできる。上記の実施の形態では、２基の通信衛星からの電波を受信する場合について説明したが、３基の静止衛星からの電波を受信する場合もある。この場合には、３つのホーンが一列に並べて配置されるが、これら３つのホーンの隣接する２つのホーンの境界部それぞれに突起を設ければよい。

本発明の１実施形態のマルチビームフィードホーンの縦断側面図である。図１のマルチビームフィードホーンの平面図である。図１のマルチビームフィードホーンの使用状態を示す概略構成図である。図１のマルチビームフィードホーンにおける電波の屈折状態を示す概略図である。図１のマルチビームフィードホーンにおいて異なる突起を使用した場合の指向特性図である。図１のマルチビームフィードホーンにおいて使用される各突起の縦断面図である。

符号の説明

２マルチビームフィードホーン
４反射鏡
１０１２ホーン
２４フィドーム
２６電波屈折用突起

Claims

近接して配置された少なくとも２つのホーンと、
これらホーンの前面を被うように、前記少なくとも２つのホーンに着脱自在に設けられたフィドームと、
このフィドームの内面における前記少なくとも２つのホーンの間に対応する位置に、前記少なくとも２つのホーン側を向いて突出した電波屈折用突起とを、
具備するマルチビームフィードホーン。
請求項１記載のマルチビームフィードホーンにおいて、前記少なくとも２つのホーンの間隔は、第１のパラボラ反射鏡の開口径に対応して設定され、前記少なくとも２つのホーンは、第１のパラボラ反射鏡よりも開口径の大きい第２のパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置されるマルチビームフィードホーン。
請求項２記載のマルチビームフィードホーンにおいて、前記電波屈折用突起は、前記少なくとも２つのホーンの中心軸を繋ぐ線分のほぼ中央に位置するマルチビームフィードホーン。
請求項１、２または３記載のマルチビームフィードホーンと一体に、これらマルチビームフィードホーンで受信された信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換部が設けられている一体型給電部。
請求項４記載の一体型給電部が、第２のパラボラ反射鏡の焦点位置付近に配置されているパラボラアンテナ。