JP2009260533A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多周波数帯で共用するアンテナ装置では、大型の給電部を配置する必要があるため、多周波数バンド切替、偏波切替、コニカルスキャンを同じ駆動系にて駆動させることは困難であった。
【解決手段】主反射鏡１の焦点部に複数の周波数帯の給電部２５を有するフロントフィード部２を設け、このフロントフィード部に、給電部をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動ステージ１６〜１９と、給電部をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動ステージ２０〜２３と、給電部をアンテナ電波軸周りに回転させるＰＯＬ回転駆動ステージ１２〜１５とを備え、Ｘ軸駆動ステージとＹ軸駆動ステージとＰＯＬ回転駆動ステージの３つの駆動ステージを使用して、多周波数バンド切替、偏波切替およびコニカルスキャンの３つの機能を行なえるようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数の周波数帯の給電アンテナを搭載してＡＺ／ＥＬ駆動するアンテナ装置に関するもので、特に多周波数バンド切替と偏波切替とコニカルスキャンの３つの機能が行なえるようにしたアンテナ装置に関するものである。

従来の多周波数帯を共用するアンテナ装置では、反射鏡と複数の一次放射器との間に周波数選択鏡面を設け、この周波数選択鏡面への電波の入射角を変えることができる駆動装置を用いて、一枚の周波数選択鏡面で３周波数帯以上の周波数に分波できるようにしたアンテナ装置が提案されている。（特許文献１参照）
また、ベントカセグレン方式を採用し、主反射鏡下部のカセグレン焦点部に大型の第３反射鏡と、アンテナ架台部に大型の独立給電部を設け、多周波数帯を共用するアンテナ装置を構成したものもある。

特開２０００−３４９５４３号公報

従来の多周波数帯を共用するアンテナ装置において、周波数選択鏡面への電波入射角を変えることができる駆動装置を用いて共用給電部を設ける場合、多周波数帯共用給電部を用いるため比帯域が小さくなるという問題があった。
また、従来の多周波数帯を共用するアンテナ装置において、ベントカセグレン方式を採用し、主反射鏡下部のカセグレン焦点部に大型の第３反射鏡と、アンテナ架台部に大型の独立給電部を設ける場合、大型の独立給電部を有するため、アンテナ全体が大型化し、観測周波数帯に応じた周波数バンド切替装置やアンテナ駆動系への負担が大きくなるなどの問題があった。

また、両者は、いずれも大型の給電部を配置するため、多周波数バンド切替、偏波切替、コニカルスキャンの３つの動作性能を同じ駆動系にて駆動させることは困難であり、独立した３つの駆動系にて３つの動作性能を満足していた。そのため、大型給電部による駆動系への負担、駆動軸数が多いため信頼性・メンテナンス性、コスト、能率に多くの問題を抱えていた。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、主反射鏡焦点部に独立給電部を配置すると共に、同じ駆動系にて多周波数バンド切替、偏波切替、コニカルスキャンの３つの機能を実現できるようにした多周波数帯共用のアンテナ装置を得ることを目的としたものである。

この発明のアンテナ装置は、ＡＺ／ＥＬ駆動の多周波数バンド共用アンテナにおいて、主反射鏡焦点部に複数の周波数帯の給電部を有するフロントフィード部を設け、このフロントフィード部に、給電部をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動ステージと、給電部をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動ステージと、給電部をアンテナ電波軸周りに回転させるＰＯＬ回転駆動ステージとを備え、Ｘ軸駆動ステージとＹ軸駆動ステージとＰＯＬ回転駆動ステージの３つの駆動ステージを使用して、多周波数バンド切替、偏波切替およびコニカルスキャンの３つの機能を行なえるようにしたものである。

この発明のアンテナ装置によれば、フロントフィード部に給電部を設けるため、給電部がコンパクト化、軽量化を図ることができ、独立した給電部を設けることが出来る。また
Ｘ軸駆動ステージとＹ軸駆動ステージとＰＯＬ回転駆動ステージの３つの駆動系にて多周波数バンド切替、偏波切替、コニカルスキャンを実施するので、給電部小型化による駆動系への負担軽減、駆動軸数最小化が可能となる。これによる付随効果として、部品点数低減、信頼性・メンテナンス性確保、低コスト化、高能率化を図った多周波数帯共用のアンテナ装置が得られる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１におけるアンテナ装置を図に基づいて説明する。図１（ａ）（ｂ）はこの発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の正面図及び側面図、図２（ａ）（ｂ）は図１中に示すフロントフィード部の一部拡大正面図及び平面図である。

図１において、主反射鏡１の焦点付近にフロントフィード部２が複数のステイ３で支持されている。主反射鏡１の背面部には電子機器を搭載する背面小室４とカウンタウェイトが設けられている。背面小室４はＥＬ（迎角）回転軸５によりＥＬ（迎角）回転支持構造体６に回転支持されるようになっている。ＥＬ回転軸５は図示しないＥＬ駆動部（ＥＬ駆動モータ、小歯車など）により、ＥＬ軸線Ａ周りに回転され、主反射鏡１、フロントフィード部２、ステイ３、背面小室４およびカウンタウェイトを後述するＡＺ（方位角）回転支持構造体７に対して迎角方向に回転する。

ＥＬ回転支持構造体６はＡＺ（方位角）回転支持構造体７に支持されている。このＡＺ回転支持構造体７は図示しないＡＺ駆動部（ＡＺ駆動モータ、歯車など）により、ＡＺ軸線Ｂ周りに回転され、主反射鏡１、フロントフィード部２、ステイ３、背面小室４、カウンタウェイトおよびＥＬ回転支持構造体６を後述するペデスタル８に対して方位角方向に回転する。なおＡＺ回転支持構造体７は架台となるペデスタル８に支持されている。

図２は図１に示すフロントフィード部２の一部拡大図で、図２において、ステイ３によりフロントフィードベース１１が支持固定されている。このフロントフィードベース１１にはＰＯＬ（偏波切替）回転駆動モータ１２が固定され、このＰＯＬ回転駆動モータ１２の回転軸の先端にはＰＯＬ軸ピニオン１３が取り付けられている。ＰＯＬ軸ピニオン１３にはＰＯＬ軸ギア１４が噛合され、ベアリング（図示なし）を介してＰＯＬ軸ギア１４に固定されたＰＯＬテーブル１５を回転するようになっている。こうしてＰＯＬ回転駆動モータ１２、ＰＯＬ軸ピニオン１３、ＰＯＬ軸ギア１４、ベアリングにより構成されるＰＯＬ回転駆動部によりＰＯＬテーブル１５はＰＯＬ軸（Ｚ軸）周りに回転駆動される。なおＰＯＬ回転駆動モータ１２、ＰＯＬ軸ピニオン１３、ＰＯＬ軸ギア１４、ベアリングおよびＰＯＬテーブル１５からなる構成をＰＯＬ回転駆動ステージと称す。

ＰＯＬテーブル１５には２本のＸ軸ガイドレール１６が並行して固定されている。Ｘ軸モータ１７、このＸ軸モータ１７により回転駆動されるＸ軸ネジ１８およびこのＸ軸ネジ１８の回転を直進運動に変換する部材により構成されるＸ軸駆動部により、Ｘテーブル１９をＸ軸ガイドレール１６に沿ってＸ軸方向に並進駆動させる。こうしてＸテーブル１９はＸ軸駆動部により２本のＸ軸ガイドレール１６に支持されて平行移動する。なおＸ軸ガイドレール１６、Ｘ軸モータ１７、Ｘ軸ネジ１８、回転−直進変換部材およびＸテーブル１９からなる構成をＸ軸駆動ステージと称す。

Ｘテーブル１９には２本のＹ軸ガイドレール２０が並行して固定されている。Ｙ軸モータ２１、このＹ軸モータ２１により回転駆動されるＹ軸ネジ２２およびこのＹ軸ネジ２２の回転を直進運動に変換する部材（図示なし）により構成されるＹ軸駆動部により、Ｙテーブル２３をＹ軸ガイドレール２０に沿ってＹ軸方向に並進駆動させる。こうしてＹテーブル２３はＹ軸駆動部により２本のＹ軸ガイドレール２０に支持されて平行移動する。なおＹ軸ガイドレール２０、Ｙ軸モータ２１、Ｙ軸ネジ２２、回転−直進変換部材およびＹテーブル２３からなる構成をＹ軸駆動ステージと称す。

Ｙテーブル２３には給電部２４が固定支持され、この給電部２４には複数の周波数帯のホーンアンテナ２５が取付られている。即ち、複数の周波数帯のホーンアンテナ２５は、Ｌ帯ホーン２５ａ・Ｓ帯ホーン２５ｂ・Ｃ帯ホーン２５ｃ・Ｋａ帯ホーン２５ｄ・Ｋｕ帯ホーン２５ｅの５つのホーンで構成され、多周波給電部が構成されている。こうして複数の周波数帯のホーンアンテナ２５（多周波給電部）は、ＰＯＬテーブル１５、Ｘテーブル１９およびＹテーブル２３により位置決め支持され、ＰＯＬ軸（Ｚ軸）周り、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に駆動される。

なお、上記した図２には、後述する多周波数バンド切替（ホーン切替）およびコニカルスキャンの際に、その移動距離の目盛となる多周波数バンド切替用レンジおよびコニカルスキャン用レンジが設けられている。ニカルスキャン用レンジは多周波数バンド切替用レンジの両外側にあり、各周波数帯のビーム幅（直径）の１５〜３０％をレンジとして確保している。なお実際の多周波数バンド切替用レンジは、各々のホーン中心座標で決まり、Ｘ、Ｙ座標原点から最も遠いホーン中心座標値が「多周波数バンド切替用レンジ」となる。

以上説明したＡＺ／ＥＬ駆動の多周波数バンド共用アンテナにおいて、所要の周波数帯の給電系に切替する多周波数バンド切替（ホーン切替）と、給電系をアンテナ電波軸周りに回転させ、各衛星に応じた偏波角に切替する偏波切替と、給電系をアンテナ電波軸周りに回転させ、アンテナビームをコニカルに振り、各位置の受信強度により衛星方向を検出するコニカルスキャンについて説明する。

以下の１〜５のステップによる衛星追尾駆動シーケンスに従い、衛星捕捉・追尾を行う場合に、上記した多周波数バンド切替、偏波切替およびコニカルスキャンを行う。
１．計測対象の衛星を選択し、計測対象の周波数帯を決定する。（多周波数バンド切替）
２．計測対象の衛星の偏波角を設定する。（偏波切替）
３．アンテナのＡＺ／ＥＬ駆動部を制御し、アンテナ指向方向に駆動する。
４．ＡＺ／ＥＬ駆動部を実施し、衛星捕捉する。この際、コニカルスキャンを実施する。（コニカルスキャン）
５．コニカルスキャンを継続し、衛星追尾する。（コニカルスキャン）

まず、多周波数バンド切替について説明する。あらかじめ運用されている各衛星の衛星情報（偏波角度、ＡＺ／ＥＬ角度、周波数など）が整理されたリストがあるので、そのリストから計測対象の衛星を選択し、その選択した衛星の情報から衛星（トランスポンダ）の周波数帯が分かるので、それから周波数帯を決定する。
この決定した周波数帯に給電系を切換える多周波数バンド切替は、Ｘ軸駆動部１７〜１８およびＹ軸駆動部２１〜２２を駆動し、図２（ｂ）に示すＸ軸方向およびＹ軸方向の多周波数バンド切替用レンジを用いて、給電部２４をＸ軸方向およびＹ軸方向に所定距離移動することにより、複数の周波数帯のホーンアンテナ（Ｌ帯・Ｓ帯・Ｃ帯・Ｋａ帯・Ｋｕ帯）２５の中から、決定した周波数帯のホーンアンテナ（２５ａ〜２５ｅのいずれか１つの給電系）を使用する（衛星に向ける）ようにする。

次に偏波切替について説明する。計測対象の衛星の偏波角を設定し偏波切替する際、ＰＯＬ回転駆動部１２〜１４により、給電部２４全体をアンテナ電波軸（Ｚ軸）周りに回転させ、各衛星に応じた偏波角（電波の波の向き）に切替する。
この偏波切替において、衛星情報リストから計測対象の衛星情報を得る時に、計測対象の衛星が円偏波であれば、偏波角度を変更する必要はなく、ＰＯＬ角度は何度でもよい。一方、計測対象の衛星が水平偏波、垂直偏波であれば、衛星固有の偏波角度がリストにあるので、ＰＯＬ回転駆動部１２〜１４を駆動して、あらかじめそのＰＯＬ角度に設定する必要がある。

次にコニカルスキャンについて説明する。ＡＺ／ＥＬ駆動部によりアンテナ指向方向に駆動し、このＡＺ／ＥＬ駆動部とＰＯＬ回転駆動ステージによりコニカルスキャンを実施する。このコニカルスキャンを実施して衛星捕捉・追尾する際、Ｘ軸駆動部１７〜１８とＹ軸駆動部２１〜２２を高精度精密駆動し、図２（ｂ）に示すコニカルスキャン用レンジを用いて位置決めし、更にＡＺ駆動部とＥＬ駆動部の高精度精密駆動の組合せにより、ホーンアンテナ２５を主反射鏡１の焦点位置近辺で円形状に駆動させることにより、コニカルスキャンを実現する。
このコニカルスキャンとは、ビームアンテナを衛星の方向に指向させるとき、アンテナを微小な所定の角度で振らせて、受信信号レベルを監視することにより、最も受信信号レベルが大となる方向を検出してアンテナをその方向に制御するものである。

以上のようにこの発明は、主反射鏡焦点部に独立給電部を配置することで、給電部がコンパクト化、軽量化でき、またＸ軸駆動ステージとＹ軸駆動ステージとＰＯＬ回転駆動ステージによる高精度駆動を実施し、これら３軸のみで多周波数バンド切替、偏波切替およびコニカルスキャンの３つの機能を実現できるので、給電部小型化による駆動系への負担軽減、駆動軸数最小化が可能となる。

この発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の正面図及び側面図である。 この発明の実施の形態１におけるアンテナ装置のフロントフィード部の一部拡大正面図及び平面図である。

符号の説明

１：主反射鏡 ２：フロントフィード部
３：ステイ ４：背面小室
５：仰角（ＥＬ）軸 ６：ＥＬ回転支持構造体
７：ＡＺ回転支持構造体 ８：ペデスタル
１１：フロントフィードベース １２：ＰＯＬ回転駆動モータ
１３：ＰＯＬ軸ピニオン １４：ＰＯＬ軸ギア
１５：ＰＯＬテーブル １２〜１５：ＰＯＬ回転駆動ステージ
１６：Ｘ軸ガイドレール １７：Ｘ軸モータ
１８：Ｘ軸ねじ １９：Ｘテーブル
１６〜１９：Ｘ軸駆動ステージ ２０：Ｙ軸ガイドレール
２１：Ｙ軸モータ ２２：Ｙ軸ねじ
２３：Ｙテーブル ２０〜２３：Ｙ軸駆動ステージ
２４：給電部 ２５：ホーンアンテナ
２５ａ：Ｌ帯ホーン ２５ｂ：Ｓ帯ホーン
２５ｃ：Ｃ帯ホーン ２５ｄ：Ｋａ帯ホーン
２５ｅ：Ｋｕ帯ホーン。

Claims (6)

1. ＡＺ／ＥＬ駆動の多周波数バンド共用アンテナにおいて、主反射鏡焦点部に複数の周波数帯の給電部を有するフロントフィード部を設け、このフロントフィード部に、前記給電部をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動ステージと、前記給電部をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動ステージと、前記給電部をアンテナ電波軸周りに回転させるＰＯＬ回転駆動ステージとを備え、前記Ｘ軸駆動ステージとＹ軸駆動ステージとＰＯＬ回転駆動ステージの３つの駆動ステージを使用して、多周波数バンド切替、偏波切替およびコニカルスキャンの３つの機能を行なえるようにしたアンテナ装置。
2. Ｘ軸駆動ステージとＹ軸駆動ステージとＰＯＬ回転駆動ステージの３つの駆動ステージは、それぞれテーブルを有し、これらテーブルで複数の周波数帯の給電部を位置決め支持してなる請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 多周波数バンド切替は、Ｘ軸駆動ステージとＹ軸駆動ステージを駆動することにより、複数の周波数帯の給電部から所要の周波数帯の給電部に切替るようにした請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 偏波切替は、ＰＯＬ回転駆動ステージをアンテナ電波軸周りに回転させることにより、各衛星に応じた偏波角に切替るようにした請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. コニカルスキャンは、ＡＺ／ＥＬ駆動とＰＯＬ回転駆動ステージの駆動の組合せにより行なうようにした請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 複数の周波数帯の給電部は、Ｌ帯・Ｓ帯・Ｃ帯・Ｋａ帯・Ｋｕ帯の各ホーンアンテナで構成された請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

Images