JP2013510479A - 可動ビームアンテナマウンティング - Google Patents

Abstract

本発明は、支持基部（６）と、少なくとも１つの反射器（１）と、伝送及び／又は受信給電部とを備える可動ビームアンテナマウンティングに関する。
給電部（３）は、支持基部（６）に対して固定されるようにマウンティングに取り付けられ、マウンティングは、反射器（１）を保持する可動支持部（７）も備え、可動支持部は、給電部の位相中心（４１）を通る、少なくとも１つの固定移動軸に関して反射器を移動させるのに適した接続手段（９）を有する支持基部上に取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明の分野は可動ビームアンテナのマウンティング(mounting)に関し、より詳細には通信衛星に搭載するアンテナに関する。

通信衛星は、マルチメディアサービスを放送するためのムービングビームを生成することができるアンテナを備える。これらのサービスは、広い地理的な領域をカバーするとともに、カバーされる全領域に対して信号の品質を十分に高く保つことができる通信ネットワークを必要とする。このために、通信サービスの要請に応えるために、ビームの指向方向を変更することができる可動ビームアンテナが存在している。

通信衛星は、地上局からデータを受信し、その後、地球に向くように配置されたアンテナを用いてこれらのデータを地球上に伝送する。重量、体積、効率、及び費用の制約のバランスが最も良いので、二重反射器非励振アンテナが用いられるのが好ましい。これは、これらの二重反射器アンテナによって、所与の同等な焦点距離の場合に、単一反射器アンテナと比較してアンテナの体積を減らすことができるためである。このことは、打ち上げ用ロケットの衛星の体積を減らすという非常に興味深い利点を提供する。

無線周波信号のビームを地球表面に亘って伝播する既知の非励振アンテナ解決手段は、反射表面の方向を変えることによってアンテナマウンティング全体、又は反射器のみが動くことを可能にする手段を備えるアンテナである。既存の非励振アンテナマウンティングの解決手段は、ＲＦ信号を伝送及び／又は受信するための給電部、１つ又は複数の反射器、並びにアンテナの無線周波部品の全てを保持する支持基部を備える。多数の種類のマウンティングが存在するが、その中でカセグレン式及びグレゴリアンアンテナのマウンティングを例示として挙げることができる。

また、先行技術から、特許文書欧州特許第０１３９４８２号明細書が既知である。この明細書では、反射器のみが動かされる可動ビームアンテナが開示される。これは、第１の反射器の焦点が第２の反射器の焦点上に維持される、固定された給電部マウンティングに関する。

アンテナマウンティング、つまり支持基部、反射器、並びに伝送及び／又は受信給電部を備えるアセンブリ全体が動く場合には、給電部と衛星のペイロードとの接合部の設計が問題となる。これは、以下の欠点（無線周波信号喪失、帯域幅の制限、電力の制限、機械的な制限及びアクチュエーションの数、及びアンテナの無線周波インターフェイスのポートの数の制限）を有する変形可能な導波管又は回転ジョイントを用いる必要があるためである。さらに、変形可能な導波管は一般的に高い剛性を有する可能性があり、それによってアンテナマウンティングの運動学的手段に追加のストレスを与える。後者は、実際にこれらの機械部品を変形させるために寸法を合わせなければならない。

給電部の可動性に関するこれらの数多くの欠点は、反射器の方向のみを変更する代替的なアンテナマウンティング解決手段によって解決することができる。しかしながら、放物面反射器の場合には、方向変更されると、放物線の焦点も給電部の位相中心からずれる。このずれによって、焦点収差を通じた効率の低下に繋がる無線周波ジオメトリの歪みが生じる。

本発明の目的は、上述した問題を克服し、ムービングビームを伝送及び／又は受信することを可能にするとともに、単純な運動学的機械部品を備え、より良好な無線周波効率を示すアンテナマウンティングを提案することである。

より詳細には、本発明は、可動ビームアンテナマウンティングであって、支持基部、焦点を有する放物面状第１の反射器及び２つの焦点を有する楕円形の種類の第２の反射器、支持基部に対して固定されるように当該マウンティングに取り付けられるとともに、ビームを形成するＲＦ信号を伝送及び／又は受信する給電部を備え、可動支持部が第１の反射器及び第２の反射器を保持し、前記反射器は互いに固定され、可動支持部は給電部の位相中心を通る、少なくとも１つの固定移動軸に関して反射器を移動させるのに適した接続手段を有する支持基部上に取り付けられる可動ビームアンテナマウンティングに関する。

有利には、第１の反射器の焦点が第２の反射器の第１の焦点上に位置を維持され、第２の反射器の第２の焦点が可動支持部の任意の位置において、給電部の位相中心上に位置を維持される。

したがって、基本的な特徴によれば、可動支持部、第１の反射器、及び第２の反射器が支持基部に対して可動アセンブリを形成する。

変形のうちの任意の１つによれば、接続手段は、前記可動アセンブリを給電部の放物線の位相中心で集束する２つの回転軸に対して動かすのに適している。

変形のうちの任意の１つによれば、少なくとも１つの反射器の表面領域が前記反射器の表面に反射されるビームの表面領域よりも実質的に大きい。

本発明によるアンテナマウンティングは、ＲＦ給電部と衛星のペイロードとの接続の問題を解決する。さらに、マウンティングの給電部が動かないことによって、可動性の導波管及びこの種の導波管を変形させるための複雑な運動学的手段が不要になる。これはまた、無線周波の効率を上げることに繋がる。

さらに、可動支持部及び、互いに固定された反射器から成るアセンブリの給電部に対する移動によって、最適なＲＦ信号伝播ジオメトリを維持するとともに、アンテナマウンティングの焦点収差を減少させるか、無くすことも可能になる。最後の分析では、マウンティングはビームを変形させることなく、地球上に亘ってビームの移動を可能にする。

非限定的な例として与えられる以下の詳細な説明を読むことによって、また添付の図を参照することによって、本発明がより良く理解され、他の利点が明らかになるであろう。

給電部、第１の反射器、及び第２の反射器を記号で表した、本発明によるアンテナマウンティングの概略図である。 前方から見たアンテナマウンティングの単純化された図である。 側面から見たアンテナマウンティングの単純化された図である。 ２つの位置及びそれぞれの位置の反射されたビームによる反射器の図である。 単一の可動反射器を備えるアンテナマウンティングを用いた、地球の表面に亘って分散されたムービングビームの伝送の無線周波シミュレーションを示す図である。 本発明によるアンテナマウンティングを用いた、地球の表面に亘って分散されたムービングビームの伝送の無線周波シミュレーションを示す図である。

本発明によるアンテナマウンティングは、詳細には宇宙通信の用途を意図している。通信衛星は通常、恒常的に地球に向いている地球面を備える平行六面体の形状を有する。例えば電話及びデータ及びビデオ伝送サービスの提供等の衛星の使命を達成するために、ＲＦ信号伝送システムはこの地球面に取り付けられている。これらの使命の要求に応えるために、ＲＦ信号のビームを地球の表面に伝播することを可能にする可動アンテナの使用が既知の実施である。

通常、これらのアンテナは、パラボラと呼ばれる曲線と回転放物面と呼ばれる表面という幾何学的特徴に基づく放物面反射器を備える。放物面反射器は、受信又は伝送される電波を、パラボラの焦点に位置する通常給電部と呼ばれるアンテナ給電部に向けて集中させる役割を持つ。多数の種類のパラボラ反射器アンテナマウンティングを、本発明の文脈において用いることができる。通常カセグレンアンテナ型マウンティング、又はグレゴリアンアンテナ型マウンティングと呼ばれる、単一の反射器を備えるアンテナマウンティング及び複数の反射器を有するマウンティングを挙げることができる。

本発明の目的は、宇宙空間における用途に特に適したアンテナマウンティングの例に基づいて以下に記載される。これはグレゴリアンアンテナのマウンティングである。しかしながら、本発明の範囲はこの種のアンテナマウンティングに限定されない。当業者は本発明の概念を、楕円形の第２の反射器を備える他の種類のアンテナマウンティングに適合させる方法が分かるであろう。

図１は、グレゴリアンアンテナのマウンティングの伝送及び／又は受信機能に参加する機能要素の単純化された図である。アンテナは、第１の反射器２及び第２の反射器１を備える。第１の反射器２は、パラボラの焦点２１に向かってＲＦ信号を集中させる放物面の形状を有する。第２の反射器１は楕円形の形状を有する。グレゴリアンアンテナマウンティングでは、給電部は第２の反射器１の中央軸からずれている。ずれた給電部を有するこの種類のマウンティングは、いわゆる「オフセット」マウンティングであり、無線周波ビームの界に給電部を位置付けしないという利点を有し、したがって効率の低下を避けることができる。楕円形の形状の第２の反射器１を用いることによって、給電部をずらすことが可能になり、２つの焦点、第１の焦点３２及び第２の焦点３１を有する。本発明の基本的な特徴によれば、グレゴリアンアンテナのマウンティングに対して、給電部は第２の反射器の第２の焦点３１が、ビーム１０の方向と無関係に第１の反射器２の焦点２１と一体化するように、第１の反射器と第２の反射器とがアンテナマウンティングに共に取り付けられる。

アンテナは、第２の反射器１に向かって反射する給電部３を備える。本発明の基本的な特徴によれば、グレゴリアンアンテナのマウンティングに対して、第２の反射器１の第１の焦点３２が、ビームの方向と無関係に給電部３の位相中心と一体化するように、給電部が取り付けられる。本発明の基本的な特徴によれば、給電部３はアンテナのマウンティングにおいて固定して取り付けられる。給電部３は好ましくは支持基部６に固定される。したがって、固定された給電部を有するアンテナマウンティングによって、変形可能な導波管又は回転ジョイントの使用を避けることが可能になる。

アンテナのビームの移動は、次に、第１の反射器２及び第２の反射器１を給電部３に対して可動にすることによって実現される。図２及び図３は、本発明によるグレゴリアンアンテナのアンテナマウンティングの、正面及び横から見た単純化された図を示す。図を明確にする目的のために、給電部は示さない。給電部の位相中心は、符号４１で示す。アンテナマウンティングは支持基部６及び可動支持部７を備える。

支持基部６は、座標系８に関して固定されるように、この座標系に取り付けられる。この座標系８は、例えば、通信衛星の地球面を示す。給電部３も、座標系８に対して固定されるように、アンテナマウンティングに取り付けられる。給電部３は好ましくは支持基部６に固定される。例として、支持基部６は、衛星上の全てのマウンティングを安定化させるために十分な表面領域を覆う下部６１を備える。２つの細長い側面部分６２及び６３は、安定表面６１上の第１の端に固定され、衛星の反対側に、この表面に対称的に相関する安定表面６１に対して実質的に垂直に延びる。２つの側面部分６２及び６３は、それらの２つ目の端で、支持基部６と可動支持部７との間で接続手段９を固定するためにも用いられる長手方向部分６４によって共に接続される。

可動支持部７は、接続手段９によって、支持基部６上で関節を成し、それによって、可動支持部７上で給電部３に対して、結果的には座標系８に対して可動性を与え、給電部３は実際に座標系８に対して固定される。可動支持部７は第１の反射器１及び第２の反射器２を保持する。２つの反射器は可動支持部７上で互いに固定され、固定手段が２つの反射器を可動支持部上に保持することを可能にする。

本発明の基本的な特徴によれば、接続手段９が、給電部３の位相中心４１を通る回転軸４に関する、好ましくは給電部３の位相中心４１を通じて集束する２つの回転軸４及び５に関する可動支持部７の移動を可能にする。２つの回転軸４及び５は互いに垂直であり、ビーム電波要件に必要な自由度によって、マウンティングの多数の異なる位置において、給電部３に関して反射器を移動することを可能にする。

第１の反射器２及び第２の反射器１から成るアセンブリにある給電部３によって伝送されるＲＦ信号の伝播ジオメトリは、第２の反射器１の主焦点３２が給電部３の位相中心上に位置し、第２の反射器１の第２の焦点３１が主反射器２の焦点３２と一体化するように形成される。したがって、可動支持部７の位置に関わらず、２つの反射器は互いに固定され、第２の反射器１の主焦点３２は常に給電部３の位相中心４１上に位置を維持される。第２の反射器１の楕円形の形状のジオメトリー特性もまた、給電部の位相中心４１で集束する１つ又は複数の回転軸４及び５に関する第２の反射器の位置に関わらず、第２の焦点３１を同じ位置に維持する。ジオメトリによって、主反射器２の焦点も第２の焦点のレベルに保たれる。

接続手段９は、例えば、ダイヤル型の機械的接合部品から成る。ダイアルは、２つのシャフトと収束軸４及び５との１つ又は２つの回転運動を伝えるために使用される機械的な接合である。ダイヤルは、ダイヤルの回転軸が給電部３の位相中心４１の位置で集束するように、支持基部６の部分６４にそれ自体が固定され、給電部３のレベルに好ましくは位置づけられる。

非限定的な例として、可動支持部７は、細長い中心部分７１、並びに、中心部分７１のそれぞれの端に中心部分に対して垂直に位置付けられた２つの細長い側面部分７２及び７３を備える、実質的にＵ字型の機械的な構造であっても良い。１つの側面部分は、２つ目の側面部分りも実質的に長い。さらに、第１の反射器２を支持する側面部分７３は、第２の反射器１よりも大きな円周を有し、第２の反射器２を支持する側面部分７２の長さよりも長い。図示されない固定手段が反射器２及び１を可動支持部７上に保持する。接続手段９は可動支持部の中心部分７１を支持基部６に接続する。支持基部６は、可動支持部７と反射器１及び２とから成るアセンブリが動くことを可能にするように寸法が決められる機械的構造である。支持基部６上に取り付けられた給電部３は、例えば衛星のペイロードの電子機器に接続される。

本発明の概念のイメージのために、アンテナマウンティングは、可動支持部７が、座標系８で安定化している支持基部６の細長い側面部分６２と６３との間でバランスを取る揺り籠に似せることができる。このように、反射器１及び２は給電部３に関して移動する。

給電部３が固定されていることによって、アンテナマウンティングの無線周波効率及び変形可能な導波管に適していないか、又は存在しない周波数帯域の使用が向上することを含む多数の結果的な利点がある。アンテナマウンティングはまた、より良好な電力抵抗を示し、変形可能な導波路の疲れ強度に関連する如何なる機能上の制限も示さない。さらに、導波管がより低い抵抗トルクを有するため、より単純な機構を用いることができる。

図４は、２つの異なる位置に応じてビームを反射するアンテナマウンティングの反射器をより詳細に示す。第１の位置にある反射器２１０が、方向２１２にビーム２１１を反射し、第２の位置にある反射器２２０が、方向２２２にビーム２２１を反射する。反射されたビームは所与の直径を有する。アンテナマウンティングの特定の特徴によれば、反射器の位置に関わらずビームの表面領域が常に反射器によって覆われるように、反射器はビームの直径よりも実質的に大きい直径を有する。実際には、給電部が固定されているため、ビームの表面はマウンティングにおいてと同じ場所に位置づけられる。ビームの方向は、反射表面の移動によって変更する。

本発明の文脈では、用語「反射器」は、通常「反射アレイ」と呼ばれる反射器アレイを含むＲＦビーム反射機能を実施する任意の種類の表面を意味することを理解されたい。反射器アレイは、基面の上方に配置される、金属セルから成る周期的な反射表面である。詳細な電磁気の研究によって、入射電波をパラメーターを決めることができる電気遅延で反射することができるように、これらのセルの最適な断面を特定することが可能になった。したがって、形作られた反射器のものと同じ放射を生成するために標準的な表面の反射アレイを用いることが可能である。

図５ａ及び図５ｂは、地球の表面の多数の領域における多数のＲＦビームの伝送のシミュレーションを示す。図５ａのシミュレーションは、先行技術に記載された、単一の可動反射器を備えるアンテナマウンティングに関して生成される。アンテナマウンティングはビーム１０２を地球の表面の多数の領域において照準を合わせ、伝播する。円１０１は、ビームが目標とする円形の表面を示す。シミュレーションは、ビーム１０２が東／西及び北／南平面において変形していること、並びに、ビームの北／南平面においてビーム１０２が「ずれ」ていることを示す。図５ｂのシミュレーションは、特許請求される本発明によるアンテナマウンティングに関して生成される。アンテナマウンティングはビーム１０３を地球の表面の多数の領域において照準を合わせ、伝播する。円１０３は、ビームが目標とする円形の表面を示す。シミュレーションは、ビーム１０４の変形及びずれがないことを示している。

このアンテナマウンティングは、オフセットしていても、オフセットしていなくてもよい給電部を有し、少なくとも２つの反射器を備える衛星のアンテナマウンティングに適用可能である。

Claims (4)

1. 可動ビームアンテナマウンティングであって、支持基部（６）と、焦点（２１）を有する放物面状第１の反射器（２）及び２つの焦点（３１、３２）を有する楕円形の種類の第２の反射器（２）と、前期支持基部（６）に対して固定されるように該マウンティングに取り付けられるとともに、ビームを形成するＲＦ信号を伝送及び／又は受信する給電部（３）とを備え、可動支持部（７）が前記第１の反射器（２）及び前記第２の反射器（１）を保持し、前記反射器は互いに固定され、前記可動支持部（７）は前記給電部（３）の位相中心（４１）を通る、少なくとも１つの固定移動軸（４）に関して前記反射器（１、２）を移動させるのに適した接続手段（９）を有する前記支持基部（６）上に取り付けられる可動ビームアンテナマウンティングにおいて、前記第１の反射器の前記焦点（２１）が前記第２の反射器（２）の第１の焦点（３１）上に位置を維持され、前記第２の反射器（２）の前記第２の焦点（３２）が前記可動支持部（７）の任意の位置において、前記給電部（３）の前記位相中心（４１）上に位置を維持されることを特徴とする、可動ビームアンテナマウンティング。
2. 前記可動支持部（７）、前記第１の反射器（２）、及び前記第２の反射器（１）が、前記支持基部（６）に対して可動アセンブリを形成することを特徴とする、請求項１に記載の可動ビームアンテナマウンティング。
3. 前記接続手段（９）は、前記可動アセンブリを前記給電部の位相中心（４１）で集束する２つの回転軸（４、５）に対して動かすのに適していることを特徴とする、請求項２に記載の可動ビームアンテナマウンティング。
4. 少なくとも１つの反射器（２１０）の表面領域が、前記反射器の表面に反射されるビーム（２１１）の表面領域よりも実質的に大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可動ビームアンテナマウンティング。