JP2008131575A - フィードホーン、衛星受信用コンバータおよび衛生受信用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナゲインを高めることが可能なフィードホーンを提供する。
【解決手段】フィードホーンユニット２は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部２ａと、開口部２ａで受信した電波をコンバータユニット５に伝達する導波管２ｂとを含む。また、フィードホーンユニット３は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部３ａと、開口部３ａで受信した電波をコンバータユニット５に伝達する導波管３ｂとを含む。また、フィードホーンユニット４は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部４ａと、開口部４ａで受信した電波をコンバータユニット５に伝達する導波管４ｂとを含む。フィードホーンユニットの開口部は、パラボラ反射鏡１０の反射面の中央位置Ｏに向けられる。フィードホーンユニット２〜４の放射パターン３０は、互いにパラボラ反射鏡１０の反射面の中央位置に向くことになり、それぞれのフィードホーンユニット２〜４についてアンテナゲインを高めることできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、衛星放送、衛星通信受信用のパラボラアンテナに関し、特に複数の放送衛星あるいは通信衛星からの電波を受信する衛星受信用コンバータの衛生受信用アンテナに関する。

従来より、複数の衛星の電波を１個のリフレクタ（反射鏡）で受信するパラボラアンテナは、デュアルビームアンテナあるいはマルチビームアンテナ等と呼ばれ、各々の衛星からの電波を受信することが可能な構成が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。
特開平１０−３０８６２８号公報 特開平１１−４１０２８号公報

図６は、衛星放送あるいは衛星通信用の衛星受信用パラボラアンテナの概念図である。 図６を参照して、ここで示されているように複数の衛星からの信号は、パラボラ反射鏡１０で反射・収束させ、フィードホーン２０で受信してコンバータユニット２４ヘと導く構成となっている。ここでは、３つのフィードホーンユニット２１〜２３が設けられ、一例として３つの衛星からの信号が受信可能な構成となっている。なお、フィードホーン２０と、コンバータユニット２４とで衛星受信用コンバータを構成する。

図７は、１つのパラボラ反射鏡で軌道の異なる複数の静止衛星を受信する場合の焦点位置を説明する図である。

図７（ａ）〜図７（ｃ）にそれぞれ示されるように各衛星のパラボラ反射鏡焦点の位置にフィードホーンユニットを設置する必要がある。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示されるようにそれぞれ焦点位置が異なり、対応する位置にフィードホーンユニットが配置される。

図８は、従来の衛星受信用コンバータの概略ブロック図である。
図８を参照して、ここでは、３つのフィードホーンユニット２１〜２３と、３つのフィードホーンユニットと連結されるコンバータユニット２４とが示される。

フィードホーンユニット２１は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部２１ａと、開口部２１ａで受信した電波をコンバータユニット２４に伝達する導波管２１ｂとを含む。また、フィードホーンユニット２２は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部２２ａと、開口部２２ａで受信した電波をコンバータユニット２４に伝達する導波管２２ｂとを含む。また、フィードホーンユニット２３は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部２３ａと、開口部２３ａで受信した電波をコンバータユニット２４に伝達する導波管２３ｂとを含む。

各フィードホーンユニットで受信した信号は、それぞれの導波管を通り、コンバータユニット２４内部のそれぞれの電気回路で増幅、周波数変換されて後段の回路に出力される。

従来の衛星受信用コンバータは、図示されるように同一形状のフィードホーンユニットを並列に複数個並べた方式により複数の衛星からの電波を受信する構成となっていた。

すなわち、図８に示されるように各フィードホーンユニットの放射パターン２５（指向特性）は、全て同じ方向に向けられていた。

図９は、フィードホーンユニットに入射する電波を説明する図である。
図９に示されるように、フィードホーンユニットに入射する電波は、パラボラ反射鏡の開き角度に相当する分であり、アンテナゲインは、この開き角度内のゲインを積分した値となる。

図１０は、フィードホーンユニットがパラボラ反射鏡の中心を向いている場合と、向いていない場合の放射パターンを説明する図である。

図１０に示されているようにフィードホーンユニットがパラボラ反射鏡の中心を向いていない場合には、角度のずれによりフィードホーンユニットの位置から見た反射鏡の開き角度内の放射パターン領域の面積は、フィードホーンユニットがパラボラ反射鏡の中心を向いている場合に比べて小さくなる。言い換えるならばこの開き角度内のゲインを積分した値すなわちアンテナゲインが低下することになる。

図１１は、フィードホーンユニットの軸方向のずれとアンテナゲインとの相関関係を説明する図である。

図１１に示されるように例えば、１２ＧＨｚの電波（波長λ＝２５ｍｍ）の電波が入射された場合にフィードホーンの中心から例えば５ｍｍ（ΔＦｘ）ずれると（ΔＦｘ／λ＝０．２）０．４〜０．８ｄＢ程度アンテナゲイン（ΔＧ）が低下することになる。なお、ここで、αは、フィードホーンの指向特性（放射パターン）の鋭さを示す定数であり、αが小の場合にはブロード、αが大の場合にはシャープを示す。

したがって、図８で示されるようなフィードホーンユニットのゲインについて考えると、パラボラ反射鏡の軸方向に最大のゲインが得られる（最大感度が得られる）が、同一形状のフィードホーンを並列に複数個並べたフィードホーンユニットにおいては、パラボラ反射鏡の中心軸以外のフィードホーンユニットは、放射パターンが反射鏡の中心を向かない構成となり、パラボラ反射鏡からフィードホーンユニットに入射する信号の位相にずれが生じるとともにアンテナとしての開口効率が低下し、上述したようにアンテナゲインが低下することになる。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、アンテナゲインを高めることが可能なフィードホーン、衛星受信用コンバータおよび衛星受信用アンテナを提供することを目的とする。

本発明に係るフィードホーンは、パラボラ反射鏡を介して反射された複数の衛星からの電波を受信するフィードホーンであって、複数の衛星にそれぞれ対応して設けられ、各々が対応する衛星からの電波を受信するために独立した開口部を有する複数のフィードホーンユニットを備え、複数のフィードホーンユニットの開口部の開口面の中心軸は、パラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向けられる。

好ましくは、各フィードホーンユニットは、開口部と連結され、受信した電波を伝達する導波管をさらに含む。複数のフィードホーンユニットにおいて、複数の導波管および複数の開口部の中心軸は、互いに同一の方向に向けられ、かつパラボラ反射鏡の反射面の中央位置を指す方向に向けられる。

特に、導波管は、信号処理部と接続され、各フィードホーンユニットに含まれる導波管と信号処理部のシャーシとを連結するためのフランジ部をさらに備える。

特に、複数のフィードホーンユニットは、パラボラ反射鏡を介して反射された複数の衛星からの電波の焦点位置にそれぞれ対応して配置される。各フィードホーンユニットは、各フィードホーンユニットの位相中心位置と対応する焦点位置とが一致するように配置される。

好ましくは、各フィードホーンユニットは、開口部と連結され、受信した電波を伝達する導波管をさらに含む。複数のフィードホーンユニットにおいて、複数の導波管の少なくとも一部の領域は、中心軸が互いに同一の方向に向けられ、複数の導波管の残りの領域は、中心軸がパラボラ反射鏡の反射面の中央位置を指す方向に向けられる。

特に、各導波管の少なくとも一部の領域と残りの領域とは互いに分離し、各導波管の少なくとも一部の領域と残りの領域とを連結するフランジ部をさらに設ける。

特に、複数のフィードホーンユニットは、パラボラ反射鏡を介して反射された複数の衛星からの電波の焦点位置にそれぞれ対応して配置される。各フィードホーンユニットは、各フィードホーンユニットの位相中心位置と対応する焦点位置とが一致するように配置される。

好ましくは、各フィードホーンユニットは、開口部と連結され、受信した電波を伝達する導波管をさらに含む。複数のフィードホーンユニットにおいて、複数の導波管の中心軸は互いに同一の方向に向けられ、複数の開口部の中心軸はパラボラ反射鏡の反射面の中央位置を指す方向に向けられる。

特に、フィードホーンは、信号処理部と接続され、複数のフィードホーンユニットおよび信号処理部のシャーシとは一体で成型される。

特に、複数のフィードホーンユニットは、パラボラ反射鏡を介して反射された複数の衛星からの電波の焦点位置にそれぞれ対応して配置され、各フィードホーンユニットは、各フィードホーンユニットの位相中心位置と対応する焦点位置とが一致するように配置される。

本発明に係る衛星受信用コンバータは、上記フィードホーンを備える。
本発明に係る衛星受信用アンテナは、パラボラ反射鏡と、上記衛星受信用コンバータとを備える。

本発明に係るフィードホーン、衛星受信用コンバータおよび衛星受信用アンテナは、複数のフィードホーンユニットの開口部の開口面の中心軸がパラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向けられるため各フィードホーンユニットにおける開口効率の低下を抑制し、アンテナゲインを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施の形態に従う衛星放送あるいは衛星通信用の衛星受信用パラボラアンテナの概念図である。

図１を参照して、ここでは、図５で説明したパラボラ反射鏡１０と、複数の衛星からの信号を受信する衛星受信用コンバータ１とが設けられた構成が示されている。そして、複数の衛星からの信号は、パラボラ反射鏡１０で反射・収束されて、衛星受信用コンバータ１のフィードホーンで受信してコンバータユニット５ヘと導く構成となっている。ここでは、コンバータユニット５と連結される３つのフィードホーンユニット２〜４が設けられ、一例として３つの衛星からの信号が受信可能な構成となっている。

フィードホーンユニット２は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部２ａと、開口部２ａで受信した電波をコンバータユニット５に伝達する導波管２ｂとを含む。また、フィードホーンユニット３は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部３ａと、開口部３ａで受信した電波をコンバータユニット５に伝達する導波管３ｂとを含む。また、フィードホーンユニット４は、パラボラ反射鏡で反射された電波の入力を受ける開口部４ａと、開口部４ａで受信した電波をコンバータユニット５に伝達する導波管４ｂとを含む。

各フィードホーンユニットで受信した信号は、それぞれの導波管を通り、コンバータユニット５内部の信号処理部に相当する電気回路で増幅、周波数変換されて後段の回路に出力される。

ここで示されるようにフィードホーンユニットの開口部は、図７で説明した従来の衛星受信用コンバータと異なり全て同じ方向に向けられておらず、パラボラ反射鏡１０の反射面の中央位置Ｏに向けられている。したがって、フィードホーンユニット２〜４の放射パターン３０は、互いにパラボラ反射鏡１０の反射面の中央位置に向くことになり、それぞれのフィードホーンユニット２〜４についてアンテナゲインを高めることできる。

また、各フィードホーンユニットおよびコンバータユニットのシャーシとを一体で成型することも可能である。

図２は、フィードホーンユニットおよびコンバータユニットのシャーシとを一体で成型した場合を説明する概念図である。

図２を参照して、ここでは、３つのフィードホーンユニットのうちの１つのフィードホーンユニット２と、一体で成型されたコンバータユニット５とが示されており、コンバータユニット５内部において、フレーム１２に対して信号処理部を形成する回路基板１１が設けられた場合が一例として示されている。そして、このフィードホーンユニット２とコンバータユニット５とは、一体で成型されたシャーシで覆われている構成が示されている。なお、ここでは、図示していないがフィードホーンユニット３，４についてもフィードホーンユニット２と同様の構成として設けられている。

図３は、本発明の実施の形態に従う別の衛星受信用コンバータを説明する図である。
図３（ａ）を参照して、ここでは、図１のフィードホーンユニット２〜４とコンバータユニット５を覆うシャーシとの間にフランジ部６を設けた構成が示されている。このフランジ部６は、フィードホーンユニット２〜４とコンバータユニット５のシャーシとを連結するために設けられる。この構成は、フィードホーンユニット２〜４とコンバータユニット５のシャーシとが独立に成型されるような場合にフランジ部６を用いて連結することが可能である。このように分離した形態であれば、それぞれの部分について、金型によるダイカスト成型が比較的容易に実行することが可能である。

図３（ｂ）を参照して、ここでは、フィードホーンユニット２，４の代わりにフィードホーンユニット２＃，４＃が設けられる。フィードホーンユニット２＃は、開口部２ａと、導波管２ｂ＃とを含む。フィードホーンユニット４＃は、開口部４ａと、導波管４ｂ＃とを含む。フィードホーンユニット２＃の導波管２ｂ＃は、一部の領域は、フィードホーンユニット３の導波管３ｂの中心軸と同一の方向となるように向けられ、そして、残りの領域は、開口部２ａとともに導波管２ｂ＃の中心軸がパラボラ反射鏡１０の反射面の中央位置を指す方向に向けられ、成型されている。

フィードホーンユニット４＃についても同様に、フィードホーンユニット４＃の導波管４＃ｂは、一部の領域は、フィードホーンユニット３の導波管３ｂの中心軸と同一の方向となるように向けられ、そして、残りの領域は、開口部４ａとともに導波管４ｂ＃の中心軸がパラボラ反射鏡１０の反射面の中央位置を指す方向に向けられ、成型されている。

当該構成においては、フィードホーンユニットの開口部と導波管の残りの領域の中心軸は、パラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向けられるとともに、フィードホーンユニットの少なくとも一部の領域の中心軸は、互いに並行に設けられる構成であり、フィードホーンユニットの開口部をパラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向けることによって、それぞれの放射パターンもパラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向き、アンテナゲインを高めることできる。

また、フランジ部６等を設けない構成であり、各フィードホーンユニットおよびコンバータユニットのシャーシとを一体で成型することも可能である。

図３（ｃ）を参照して、ここでは、導波管の略中央領域においてフランジ部７が設けられた構成が示されている。具体的には、図３（ｄ）に示されるように導波管が３つの部位に分割され、フランジ部でそれぞれ連結された構成が示されている。具体的には、導波管ユニット８ａ〜８ｃが設けられるとともに、導波管ユニット８ａと８ｂとを連結するためのフランジユニット７ａと、導波管ユニット８ｂと８ｃとを連結するためのフランジユニット７ｂとが設けられる。

当該構成においても、フィードホーンユニットの開口部をパラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向けることによって、それぞれの放射パターンもパラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向き、アンテナゲインを高めることできる。

なお、当該構成においては、フランジユニット７ａ，７ｂを設けて導波管ユニットを連結する構成であるため導波管ユニットを適宜組み合わせることにより開口部の中心軸の向く方向を調整することが容易になる。また、このように分離した形態であれば、それぞれの部分について、金型によるダイカスト成型が比較的容易に実行することも可能である。

次に、よりアンテナの開口効率を高める方式について説明する。
図４は、フィードホーンユニットから電波が放射される場合を説明する図である。

図４に示されるように、フィードホーンユニットから電波が放射される場合を想定すると、フィードホーンユニットの開口部３ａ直近では平面波である電波が、フィードホーンユニットから離れると球面波になる。この球面波の中心に相当する位置をフィードホーンの位相中心（フェーズセンター）という。この位相中心位置は、フィードホーンの形状等に依存し、本例においては、一例としてフィードホーンの開口面の少し内側において、反射鏡の焦点の位置と、フィードホーンの位相中心位置とを一致させた場合が示されている。当該構成により、パラボラアンテナとしての開口効率が最大となる。その理由としては、位相中心位置は、電波の位相がそろう位置であり、同相で電波を受信することにより反射する電波の合成波が最大になるからである。一方、位相が不ぞろいのときは、電波が互いに打ち消しあい感度が低下する原因となる。

図５は、フィードホーンユニットの位相中心位置とパラボラ反射鏡の焦点の位置とを一致させた場合を説明する図である。

図５（ａ）を参照して、ここでは、図３（ｂ）のフィードホーンユニットと比較して、導波管２ｂ＃ａ，４ｂ＃ａを多少前方にずらして、各フィードホーンユニットの位相中心位置が対応する焦点位置と一致するように配置される。

また、図５（ｂ）に示されるように導波管２ｂ＃ｂ，４ｂ＃ｂを導波管３ｂよりも長くしてフィードホーンユニットの位相中心位置とパラボラ反射鏡の焦点の位置を一致させることも可能である。なお、ここでは、導波管２ｂ＃ｂ，３ｂ，導波管４ｂ＃ｂの中心軸は互いに同一方向に向けられており、開口部２ａ，３ａ，４ａのみ中心軸をパラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向くように配置された場合が示されている。

また、各フィードホーンユニットおよびコンバータユニットのシャーシとを一体で成型することも可能である。

なお、フィードホーンの位相中心位置が明確でないような場合には、反射鏡の焦点付近において、フィードホーンの位置を調整してアンテナゲインが最大になる位置を位相中心位置としてフィードホーンの位置を確定することが可能である。

以上述べたとおり、それぞれのフィードホーンユニットについて放射パターンをほぼ反射鏡の中心付近に向けることにより、フィードホーンについて、アンテナゲインを高めることできる。

また、それぞれのフィードホーンユニットについて、位相中心位置とパラボラ反射鏡の焦点の位置とを一致させることにより、さらにアンテナ開口効率が高くなり、アンテナゲインを高めることができる。

なお、上記の説明においては、フィードホーンユニットは、３つの場合を想定して記載しているが、３つに限らず、フィードホーンユニットが２つ以上であれば本発明を適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に従う衛星放送あるいは衛星通信用の衛星受信用パラボラアンテナの概念図である。 フィードホーンユニットおよびコンバータユニットのシャーシとを一体で成型した場合を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従う別の衛星受信用コンバータを説明する図である。 フィードホーンユニットから電波が放射される場合を説明する図である。 フィードホーンユニットの位相中心位置とパラボラ反射鏡の焦点の位置とを一致させた場合を説明する図である。 衛星放送あるいは衛星通信用の衛星受信用パラボラアンテナの概念図である。 １つのパラボラ反射鏡で軌道の異なる複数の静止衛星を受信する場合の焦点位置を説明する図である。 従来の衛星受信用コンバータの概略ブロック図である。 フィードホーンユニットに入射する電波を説明する図である。 フィードホーンユニットがパラボラ反射鏡の中心を向いている場合と、向いていない場合の放射パターンを説明する図である。 フィードホーンユニットの軸方向のずれとアンテナゲインとの相関関係を説明する図である。

符号の説明

１ 衛星受信用コンバータ、２〜４，２１〜２３ フィードホーンユニット、５，２４ コンバータユニット、６，７ フランジ部、１０ パラボラ反射鏡。

Claims (12)

1. パラボラ反射鏡を介して反射された複数の衛星からの電波を受信するフィードホーンであって、
   複数の衛星にそれぞれ対応して設けられ、各々が対応する衛星からの電波を受信するために独立した開口部を有する複数のフィードホーンユニットを備え、
   前記複数のフィードホーンユニットの開口部の開口面の中心軸は、前記パラボラ反射鏡の反射面の中央位置に向けられる、フィードホーン。
2. 各前記フィードホーンユニットは、前記開口部と連結され、受信した電波を伝達する導波管をさらに含み、
   前記複数のフィードホーンユニットにおいて、前記複数の導波管および前記複数の開口部の中心軸は、互いに同一の方向に向けられ、かつ前記パラボラ反射鏡の反射面の中央位置を指す方向に向けられる、請求項１に記載されるフィードホーン。
3. 前記導波管は、信号処理部と接続され、
   各前記フィードホーンユニットに含まれる導波管と前記信号処理部のシャーシとを連結するためのフランジ部をさらに備える、請求項２に記載されるフィードホーン。
4. 前記複数のフィードホーンユニットは、前記パラボラ反射鏡を介して反射された前記複数の衛星からの電波の焦点位置にそれぞれ対応して配置され、
   各前記フィードホーンユニットは、各前記フィードホーンユニットの位相中心位置と対応する焦点位置とが一致するように配置される、請求項２に記載されるフィードホーン。
5. 各前記フィードホーンユニットは、前記開口部と連結され、受信した電波を伝達する導波管をさらに含み、
   前記複数のフィードホーンユニットにおいて、前記複数の導波管の少なくとも一部の領域は、中心軸が互いに同一の方向に向けられ、前記複数の導波管の残りの領域は、中心軸が前記パラボラ反射鏡の反射面の中央位置を指す方向に向けられる、請求項1に記載されるフィードホーン。
6. 各前記導波管の前記少なくとも一部の領域と前記残りの領域とは互いに分離し、
   各前記導波管の前記少なくとも一部の領域と前記残りの領域とを連結するフランジ部をさらに設ける、請求項５に記載されるフィードホーン。
7. 前記複数のフィードホーンユニットは、前記パラボラ反射鏡を介して反射された前記複数の衛星からの電波の焦点位置にそれぞれ対応して配置され、
   各前記フィードホーンユニットは、各前記フィードホーンユニットの位相中心位置と対応する焦点位置とが一致するように配置される、請求項５に記載されるフィードホーン。
8. 各前記フィードホーンユニットは、前記開口部と連結され、受信した電波を伝達する導波管をさらに含み、
   前記複数のフィードホーンユニットにおいて、前記複数の導波管の中心軸は互いに同一の方向に向けられ、前記複数の開口部の中心軸は前記パラボラ反射鏡の反射面の中央位置を指す方向に向けられる、請求項１に記載されるフィードホーン。
9. 前記フィードホーンは、信号処理部と接続され、
   前記複数のフィードホーンユニットおよび前記信号処理部のシャーシとは一体で成型される、請求項８に記載されるフィードホーン。
10. 前記複数のフィードホーンユニットは、前記パラボラ反射鏡を介して反射された前記複数の衛星からの電波の焦点位置にそれぞれ対応して配置され、
    各前記フィードホーンユニットは、各前記フィードホーンユニットの位相中心位置と対応する焦点位置とが一致するように配置される、請求項８に記載されるフィードホーン。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のフィードホーンを備えた、衛星受信用コンバータ。
12. 前記パラボラ反射鏡と、
    請求項１１に記載の衛星受信用コンバータとを備えた、衛星受信用アンテナ。

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