JP2013201480A

JP2013201480A - 展開型反射鏡アンテナ

Info

Publication number: JP2013201480A
Application number: JP2012067018A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Nishino; 有西野; Masao Tsuji; 雅生辻; Michio Takigawa; 道生瀧川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03

Abstract

【課題】従来、複数の反射鏡面を分割して折り畳む反射鏡アンテナは、反射鏡面を分割する切断部の間隔に応じてグレーティングローブが発生し、干渉や偽像を発生させる原因となる。
【解決手段】複数の直線あるいは複数の滑らかな曲線からなる折れ線状の切断部で分割した複数の反射鏡面で折り畳まれるように、展開型反射鏡アンテナを構成することで、切断部において発生するグレーティングローブのピーク値を下げて、不要波を抑圧し、干渉や偽像の発生を抑える。
【選択図】図１

Description

本発明は、人工衛星に搭載される展開型の反射鏡アンテナに関するものである。

反射鏡アンテナは軽量で安価であるため、人工衛星に搭載されるアンテナとして広く用いられている。少ない電力で高性能な通信を行うには、放射する電力を狭い地域に集中する必要があり、一般的にアンテナの開口径は大きくなる。このため、小型衛星に反射鏡アンテナを搭載する場合、鏡面を折り畳んでロケットのフェアリングに収納し、軌道上で反射鏡アンテナを展開する展開型反射鏡アンテナが用いられる。

例えば非特許文献１、特許文献１には、網状の鏡面を折り畳んで傘状に収納し、軌道上で展開する方式の展開型反射鏡アンテナが紹介されている。しかしながらこの展開型反射鏡アンテナは、反射鏡面の面精度の維持や、複雑な展開機構が必要となり、製造コストの低減が難しい。また、反射面が網状となっているので、剛体の反射鏡アンテナに比べて精度が出ないため、特性はやや劣る。また、真円形状以外の反射面を作成するのが難しいという問題がある。

一方、特許文献２には、面精度の高い剛体の鏡面を分割し、軌道上で分割されたアンテナを展開して反射鏡アンテナに結合する方式の展開型反射鏡アンテナが示されている。しかしながらこの展開型反射鏡アンテナは、各分割鏡面の境界部分での間隙により、放射パターンにグレーティングローブと呼ばれる、所望外の方向への不用な電波の放射が発生する。ＳＡＲレーダとしては、このグレーティングローブは偽像を発生させるため、特性の劣化につながる。また通信では不要な地域からの干渉を受けることになる。安価で軽量な展開アンテナを実現するには、この分割境界の間隙によるグレーティングローブの低減が求められる。

Y.Sharay et al.,"TECSAR: design considerations and programme status",IEE Proc.-Radar Sonar Navig., Vol. 153, No. 2, April 2006 ,pp117-121

特開昭６２−２９２０６号公報

特開昭５８−１８６２０３号公報

また、アンテナを小さく折り畳むために、２つ以上の切断部を設けてアンテナを３つ以上に分割し折り畳む場合には、その切断面に隙間を許容すると、切断面では電波の反射が無いため、グレーティングローブと呼ばれる不要な放射が、線断面の間隔に応じた角度で発生するという問題があった。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、展開型反射鏡アンテナを複数の切断部で分割して折り畳む際に、切断部でのグレーティングローブの発生を抑えることを目的とする。

本発明による展開型反射鏡は、少なくとも２つ以上の切断部でアンテナ反射面を分離し、少なくとも３つ以上に分割されて、展開可能に折り畳まれる複数の分割部からなる反射鏡を備え、隣接した上記分割部間の切断部を、複数の直線または滑らかな曲線を連結してなる折れ線形状にしたものである。

本発明によれば、切断部におけるグレーティングローブの発生量を抑えることができる。このため、例えば展開型反射鏡アンテナをレーダ用に用いた際の切断部による偽像、あるいは通信用に用いた際の切断部による干渉を、抑圧できる。

実施の形態１による展開型反射鏡アンテナの構成を示す図である。実施の形態１による展開型反射鏡アンテナの放射パターンを示す図である。従来の３分割した展開型反射鏡アンテナの放射パターンを示す図である。実施の形態２による展開型反射鏡アンテナの放射パターンを示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１による展開型反射鏡アンテナの構成を示す図であり、（ａ）は折り畳まれた収納状態を示す図、（ｂ）は展開状態を示す図である。図において、実施の形態１による展開型反射鏡アンテナ１０は、アンテナ反射面を構成する主反射鏡９を備える。主反射鏡９のアンテナ反射面（アンテナ開口）は、２箇所以上の切断部８で分離されることで、少なくとも３つ以上に分割される。各切断部８は、勾配の異なる複数の直線もしくは勾配の異なる非直線状の滑らかな複数の曲線が、接点で折れた状態で連結されてなる折れ線（非連続曲線または非連続直線）、または非平行な直線から形成される。図１の展開型反射鏡アンテナ１０は、２つの切断部８をアンテナ反射面の分離境界として、３分割したアンテナ分割部１、アンテナ分割部２、及びアンテナ分割部３から、主反射鏡９が構成されている。各切断部８は、互いに鈍角をなして連結される３つの直線からなる、Ｗ型もしくは多角形のギザギザ形状をなしている。

また、展開型反射鏡アンテナ１０は、副反射鏡４と、１次放射器５と、回転ヒンジ部６と、支持部７を備えている。副反射鏡４は、支持部７によって、アンテナ分割部１の反射面と対向する位置に支持されている。１次放射器５は、アンテナ分割部１の反射鏡面に支持されており、副反射鏡４と対向する位置に配置される。アンテナ分割部２及びアンテナ分割部３は、それぞれ回転ヒンジ部６の回転軸周りに回動可能に軸支されている。また、回転ヒンジ部６には、例えば図示しないアクチュエータ（電動機）や、ねじりばねや、トーションバー、リンク機構などからなる図示しない展開機構が設けられており、アンテナ分割部２及びアンテナ分割部３に対して、アンテナ分割部１の周りに回転させる回転トルクを与える。

アンテナ分割部２及びアンテナ分割部３は、アンテナ分割部１に対して、回転ヒンジ部６を回転中心に９０°以上回転した位置まで折り畳まれて、図１（ａ）に示す収納状態に至る。このときは、アンテナ分割部２の切断部８側及びアンテナ分割部３の切断部８側は、アンテナ分割部１の切断部８側に対して完全に離れた状態となる。また、展開型反射鏡アンテナ１０の折り畳み状態での収納効率を考慮し、アンテナ分割部２，３は副反射鏡４に近付く方向に折り畳まれるのが良い。

また、アンテナ分割部２及びアンテナ分割部３は、切断部８におけるアンテナ分割部１に対する隙間が小さくなくなる位置まで、回転ヒンジ部６周りに回転して、図１（ｂ）に示す展開状態で停止する。この展開状態において、切断部８におけるアンテナ分割部１とアンテナ分割部２の間隙、及び切断部８におけるアンテナ分割部１とアンテナ分割部３の間隙は、それぞれの隙間が小さくなるようになされている。この間隙は、例えば１次放射器５の所望周波数における波長よりも短い距離に設定されると良いこれによって、アンテナ分割部２及びアンテナ分割部３は、アンテナ分割部１とともに概ね連続したアンテナ鏡面を形成する。なお、アンテナ分割部２，３が展開してアンテナ分割部１とともに１つのアンテナ鏡面を形成した状態で、アンテナ分割部１とアンテナ分割部２、及びアンテナ分割部１とアンテナ分割部３は、必ずしも互いに接触している必要はない。

このように構成された実施の形態１の展開型反射鏡アンテナ１０は、アンテナ分割部１の背面が支持されて、人工衛星に搭載される。
展開型反射鏡アンテナ１０は、打ち上げ時には図１（ａ）に示すように、主反射鏡９がコの字型に折り畳まれて、ロケットのフェアリング内に収納される。また、人工衛星の打上げ後の運用時、人工衛星の軌道上で回転ヒンジ部６の回転トルクが作用して、アンテナ分割部１に対してアンテナ分割部２，３を回転させる展開動作が行われる。これによって、図１（ｂ）に示すように展開型反射鏡アンテナ１０の展開後の主反射鏡９を得る。

次に、実施の形態１の展開型反射鏡アンテナ１０の展開後の動作について説明する。
１次放射器５から放射された電波は、第一の反射面をなす副反射鏡４で反射する。この副反射鏡４で反射した電波は、更に第二の反射面をなす主反射鏡９で反射し、目標に向けて電波を放射する。あるいは目標からの電波を第二の反射面をなす主反射鏡９で反射し、第一の反射面をなす副反射鏡４に集光する。この副反射鏡４で反射した電波は、更に副反射鏡４で反射し１次放射器５に集光する。この特性は放射する場合も集光する場合も同じであるため、以下では更に放射する場合について説明する。

展開型反射鏡アンテナ１０の放射パターンは、主に主反射鏡９の放射パターン特性で決まる。切断部８が有る場合、その切断部８で反射が起きない放射パターンとなる。従って、主反射鏡９の切断部８に相当する部分に発生する電流Ｉ_１と、その電流とは１８０度位相が異なる電流Ｉ_２とが、切断部８の部分に流れている場合の放射パターンを重ね合わされることで、主反射鏡９の大まかな放射パターン特性が得られる。

図２は、実施の形態１による展開型反射鏡アンテナ１０における主反射鏡９の放射パターンを示す図である。図２において、（ａ）は切断部８を折れ線とした主反射鏡９のアンテナ開口（アンテナ反射面）の模式図、（ｂ）は切断部８による分割のないアンテナ開口（アンテナ反射面）の模式図（左側図）とその放射パターン（右側図）を示す図、（ｃ）は折れ線とした切断部８の模式図（左側図）とその放射パターン８０（右側図）を示す図、（ｄ）は折れ線とした切断部８の影響を含めた、主反射鏡９のアンテナ開口（アンテナ反射面）の放射パターンを示す図である。図２（ｃ）、（ｄ）に示す通り、切断部８を図２（ｃ）に示す折れ線とした場合は、展開型反射鏡アンテナ１０の放射パターンにおいて、切断部８によるグレーティングローブ１００がサイドローブよりも低くなっている。即ち、切断部８によるグレーティングローブ１００の影響が抑圧されている状態がわかる。これは、切断部８を折れ線とすることで、切断部８における電流Ｉ_１と電流Ｉ_２の位相差が乱れ、切断部８の放射パターン８０はピーク値が低く、幅が広くなることによる。

これに対して図３は、従来の展開型反射鏡アンテナにおける主反射鏡の放射パターンを、比較例として示す図である。図３において、（ａ）は切断部を一直線または段差のない滑らかな連続曲線とした主反射鏡のアンテナ開口（アンテナ反射面）の模式図、（ｂ）は切断部８による分割のないアンテナ開口（アンテナ反射面）の模式図（左側図）とその放射パターン５（右側図）を示す図、（ｃ）は一直線または段差のない滑らかな連続曲線とした切断部の模式図（左側図）とその放射パターン６０（右側図）を示す図、（ｄ）は一直線または段差のない滑らかな連続曲線とした切断部８の影響を含めた、主反射鏡のアンテナ開口（アンテナ反射面）の放射パターンを示す図である。図３（ｃ）、（ｄ）に示す通り、切断部８を図３（ｃ）に示す一直線または段差のない滑らかな連続曲線４０とした場合は、展開型反射鏡アンテナ１０の放射パターンにおいて、切断部によるグレーティングローブ７０がサイドローブよりも高くなっている。即ち、切断部を一直線または段差のない滑らかな連続曲線４０とした場合は、分割の無い放射パターン５０と切断部の放射パターン６０を合成した放射パターンにおいて、切断部の放射パターン６０に対応するグレーティングローブ７０が発生し、そのグレーティングローブ７０による影響が顕在化することがわかる。

以上説明した通り、実施の形態１による展開型反射鏡アンテナ１０は、少なくとも２つ以上の切断部８でアンテナ反射面を分離し、少なくとも３つ以上に分割されて、展開可能に折り畳まれる複数の分割部（アンテナ分割部１，２，３）からなる反射鏡（主反射鏡９）を備え、隣接した上記分割部間（アンテナ分割部１と２，アンテナ分割部１と３）の切断部を、複数の直線または滑らかな曲線を連結してなる折れ線形状にしたことを特徴とする。また、アンテナ分割部２，３は、回転ヒンジ部６によりアンテナ分割部１の周りに回転可能に軸支されることで展開する。また、展開されたアンテナ分割部１，２，３は、副反射鏡４を介して１次放射器から放射された電波を反射する、もしくは１次放射器に電波を集光する。

このように、主反射鏡９の切断部８を、複数の直線または複数の滑らかな曲線からなる折れ線状とすることで、主反射鏡９における切断部８の放射パターン８０はピーク値が低くなり、幅の広いものとなるため、主反射鏡９の反射面の放射パターンと合成した場合に、グレーティングローブ１００を低く抑えることができる。

実施の形態２．
図４は、本発明に係る実施の形態２による展開型反射鏡アンテナ１０の構成を示す概略図である。図４において、（ａ）は切断部１１を非平行な直線とした主反射鏡９のアンテナ開口（アンテナ反射面）の模式図、（ｂ）は非平行な切断部１１の模式図、（ｃ）は非平行な直線とした切断部１１の影響を含めた、主反射鏡９のアンテナ開口（アンテナ反射面）の放射パターンを示す図である。図４に示す実施の形態２の展開型反射鏡アンテナ１０では、図１で説明した実施の形態１の切断部８の代わりに、主反射鏡９に切断部１１が設けられている。なお、図４におけるその他の構成については、図１で説明した実施の形態１と同じものであるので、ここでは説明を省く。

図４において、主反射鏡９の切断部１１は、平行な直線状ではなく、互いに非平行な２本の直線となっている。これにより、切断部１１の放射パターン１２はピーク値が低く、幅の広いものとなるため、反射面の放射パターンと合成した場合でも、グレーティングローブが低く抑えられる。

このように、実施の形態２による展開型反射鏡アンテナ１０は、少なくとも２つ以上の切断部８でアンテナ反射面を分離し、少なくとも３つ以上に分割されて、展開可能に折り畳まれる複数の分割部（アンテナ分割部１，２，３）からなる反射鏡（主反射鏡９）を備え、隣接した上記分割部間（アンテナ分割部１と３、アンテナ分割部１と２）の少なくとも２つの切断部８を、互いに非平行な直線形状にしたことを特徴とする。これにより、実施の形態１と同様、主反射鏡９における切断部８の放射パターン１２はピーク値が低くなり、幅の広いものとなるため、主反射鏡９の反射面の放射パターンと合成した場合に、グレーティングローブ１００を低く抑えることができる。

なお、実施の形態１による展開型反射鏡アンテナ１０は、主に小型の衛星に大きな反射鏡アンテナを搭載する際に、好適である。特に、レーダのように放射パターンの放射幅が方向により異なる場合、扁平な形状を有する反射面を要するため、主反射鏡を３つ以上に分割した展開アンテナを設けることに利点がある。この場合、３つ以上に分割された主反射鏡を分割収納し折り畳み可能な構成としても、その切断部におけるグレーティングローブのような不要放射を低減し、切断部による特性劣化を抑え、偽像の発生を防止することができる。このため、小型衛星に搭載する合成開口レーダに有用となる。

１，２，３アンテナ分割部、４副反射鏡、５１次放射器、６回転ヒンジ部、７支持部、８切断部、９主反射鏡、１０展開型反射鏡アンテナ、１１切断部。

Claims

少なくとも２つ以上の切断部でアンテナ反射面を分離し、少なくとも３つ以上に分割されて、展開可能に折り畳まれる複数の分割部からなる反射鏡を備え、
隣接した上記分割部間の切断部を、複数の直線または滑らかな曲線を連結してなる折れ線形状にした展開型反射鏡アンテナ。
少なくとも２つ以上の切断部でアンテナ反射面を分離し、少なくとも３つ以上に分割されて、展開可能に折り畳まれる複数の分割部からなる反射鏡を備え、
隣接した上記分割部間の少なくとも２つの切断部を、互いに非平行な直線形状にした展開型反射鏡アンテナ。